WO2021140259A1 - Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo y procedimiento de inspección - Google Patents

Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo y procedimiento de inspección Download PDF

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WO2021140259A1
WO2021140259A1 PCT/ES2020/070015 ES2020070015W WO2021140259A1 WO 2021140259 A1 WO2021140259 A1 WO 2021140259A1 ES 2020070015 W ES2020070015 W ES 2020070015W WO 2021140259 A1 WO2021140259 A1 WO 2021140259A1
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WO
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hose
lights
cameras
inspection
substructure
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Application number
PCT/ES2020/070015
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Inventor
Rafael RODRIGUEZ ROSAS
Original Assignee
Quandum Aerospace S.L.
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Publication date
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Priority to US17/778,012 priority patent/US20220411101A1/en
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64D39/00—Refuelling during flight
    • B64D39/04—Adaptations of hose construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B64D47/08—Arrangements of cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
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    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires
    • G—PHYSICS
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    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
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    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248—Vehicle exterior or interior
    • G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle

Definitions

  • the object of the present invention is a camera and light positioning system for the inspection of hoses used in aerial refueling, as well as the inspection procedure thereof.
  • This invention is characterized by the special structural elements of which it is composed, which enable the on-site inspection of the hoses used in aerial refueling and allow taking into account the outlet inclination of the hoses, the transverse movements, both vertical and horizontal. , as well as pitch and yaw and the longitudinal advance of the hose itself when it is collected or extended. Allowing it to pass even when there are bulges or protrusions that increase its diameter.
  • the hoses used in aerial refueling are relatively soft and must be inspected periodically to prevent damage to the hoses leading to a major accident.
  • inspection is done manually. In this inspection, due to the weight and rigidity of the hose, a large group of operators is needed to extract it from the Pod (or device that houses it) and to visually inspect each part of its surface, in search of any breakage or damage. that could be dangerous. This manual work is carried out on the ground and paradoxically, more damage is usually produced during inspection than during normal use.
  • the object of this invention is a system that allows moving and placing some cameras and lights inside the Pod, so that they automatically acquire the images of the surface of the hose, so that from the same, an inspection that we will call “remote” can be made. Later, it could be fully automated, freeing operators from manual and direct handling of it and from the responsibility of detecting the damage that occurs, due to its fragility.
  • the two main objectives for a proper hose surface inspection are as follows:
  • the procedure consists of initially extending the entire hose when the aircraft is in the air, and then starting the image acquisition operation while we proceed with the collection. Therefore, the present invention is circumscribed within the scope of the means and procedures for the inspection of the refueling hose in flight, in the basket and hose mode, also known in Anglo-Saxon "Hose &Drogue", in order to determine if there has been enough damage to it that makes it not advisable to use it for the following supply operations.
  • devices for inspecting the surface of elongated elements comprising one or more elements are known in the state of the art. These constitute a ring or element of similar geometry assimilable to a toroid, in whose interior space the element to be inspected is housed and which maintains a fixed relative position in relation to the rest of the elements.
  • Mounted on the ring or torus are: A set of one or several frame or line image sensors, arranged along the ring, looking radially towards its center. And a set of light points whose function is the normal or structured lighting of the element to be inspected, so they are oriented towards the interior space in which said element to be inspected would be housed. This, due to the nature of the movement of the hose inside the Pod, is impossible to do in our case as described in those patents.
  • the hose as is the real case, is painted in colors ranging from black to white passing through pale red, the previous negative effects are intensified since if we illuminate intensely, the white color "burns", preventing us from seeing inside it and if, on the contrary, to avoid this we light little, then the black areas of the hose come out too dark. And that prevents being able to determine, in them, the existence of that damage to be located on said surface of the hose.
  • the refueling hose inspection process presents very important technical complications to perform an on-line inspection since the hoses during the collection or deployment process move as indicated above.
  • patent EP0373796 shows the inspection of cables by means of cameras, but which nevertheless does not have the difficulty of the movement of the cable to be inspected.
  • Patent US20180057021 discloses a structure that runs along a cable and that has a series of wheels that adapt to it, so that the structure follows the course of the cable, but the problem does not arise. transmission of horizontal and vertical movements as well as pitch and yaw to the camera support structure. Furthermore, the diameter does not change drastically along the entire length of the cable.
  • Data bus set of metallic, optical or any other type of connections that allow the transfer of information between one part of the system and another or between the system and another outside.
  • Chiaroscuro It is an effect created in an image obtained by a camera, which is a consequence of the coexistence, in it, of areas with a lot of light and dark areas.
  • the camera is a device that usually consists of a gain adjustment, the value of which is obtained from a simple calculation of the average light in an area of the image, generally a rectangle in the center of it. If there is a lot of light in the center of the image, the gain is low, and if there is darkness in other areas, that low gain prevents them from being seen clearly.
  • Axis of a camera It is the imaginary line orthogonal to its image sensor at its central point.
  • Axis of a light bulb it is the orthogonal line to the light output surface that the spotlight emits at its central point.
  • Hose axis It is the imaginary line that runs along the axis of the cylinder that represents it.
  • the “photo” of the hose It is a global image of the entire cylindrical surface that constitutes its envelope and whose development, placed on a plane, is a rectangle. According to this, the "photo” will be a rectangle that will have a width or a base equal to the length of the hose and a height equal to the length of the circumference that constitutes its transverse perimeter.
  • Anglo-Saxon acronym for “Frames Per Second” that corresponds to the number of frames or images that a camera takes per second.
  • MCU Acronym for "Micro-Controller Unit", it is a process unit that can be programmed to receive a set of inputs and depending on that program and depending on the various states in which it can be found, act on a series of Departures. It is a fundamental component in a control unit, which can however be replaced depending on the calculation or process requirements, by a micro processor (MPU, CPU), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), and others with sufficient processing capacity.
  • MPU micro processor
  • CPU CPU
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • GPU Graphics Processing Unit
  • Yaw movement (R, fig 4) It is produced in the hose when its longitudinal axis moves within the horizontal plane that contains it.
  • Burn an area of an image The light values that reach each of the pixels, or individual sensors into which an image sensor is decomposed, are multiplied by a fixed value for all of them, which is called gain. If that gain is very high and the number of photons that reach a given pixel is also high, multiplying both results in a value above the maximum that that pixel can reach. The sensor limits this value to the maximum value or saturation value, which is equivalent to a completely white pixel and provides little information about the content of the image. For an image not to be burned, the gain multiplied by the value of its pixel of maximum light must be below the saturation value. Burned images have completely white areas that do not allow us to determine what is in them.
  • Pod Within the scope of in-flight refueling, it is the capsule or casing in which the hose is housed, to be extended and collected, in order to carry out the refueling operation.
  • the Pod is usually located under the wings of tanker aircraft that usually have one under each of them, to allow two simultaneous refueling.
  • the objective of this invention is a device that manages to obtain images of the entire hose surface with sufficient quality to allow remote inspection of the same after and from the acquisition of these images.
  • this specification describes a system that interactively changes the position of the cameras and lights so that they adopt a constant position relative to the hose as it moves or tilts.
  • This patent also refers to a method to illuminate and obtain images using the previous structure, so that the images obtained from the hose throughout its collection (or extension) reveal the details of its surface, in such a way form that allow to ensure, without a doubt, the absence of damage to said surface.
  • this invention provides a procedure for lighting and obtaining images, based on the advantage that the system provides.
  • the system allows a refueling hose to be analyzed by an operator, based on a “photo” of its surface.
  • the system generates the "photo", which will be the product resulting from its operation, with sufficient quality to ensure that, from its inspection, the absence of damage on any point of its surface can be affirmed with a very high degree of reliability.
  • this inspection of the "photo” will already be carried out by a single operator, with the ability to go forward or backward in its display, and even zoom in on the areas of doubt. Thanks to the quality obtained, this process can also be automated for the detection of failures using “intelligent software”, simplifying the process, making it less expensive and avoiding errors almost one hundred percent of the time.
  • the images should not be blurred or moved due to the rapid longitudinal movement of the hose or other movement that may appear such as vibrations, wind, etc.
  • the images obtained by the cameras used must not present distortions due to the angle of vision incident on the surface of the hose or due to the curvature of the same, which is moving over a cylinder while it is separated from the axis of vision of the hose. the camera. So that when joining all the images from the adjacent cameras, the “photo” obtained is continuous and does not present irregularities that distort the interpretation of any damage that the hose could present.
  • the result of this invention allows the system to maintain the relative position of the set of cameras and lights with respect to the hose, despite its five degrees of freedom of movement and its initial inclination. This is achieved thanks to a series of mobile elements that have been introduced into its structure and that provide the toroidal volume of cameras and lights with a mobility that is equal to the movement of the hose itself.
  • the structural segments on which the lights and cameras are housed follow the movement of the hose and thus greatly facilitate the lighting and capture of images for each moment of the route followed by it in its extension or collection phase. If it were not for this monitoring of cameras and lights to the hose, and the way of lighting and obtaining the photo, the quality of the images obtained could not be sufficient for the result of the acquisition carried out to meet the requirements of quality needed.
  • the system in its most complete implementation, consists of the following elements:
  • An active electronic part or subsystem made up of: o A set of cameras. o A set of lights to illuminate the hose. This group of lights may be composed of light-generating elements at various angles and of different colors, including polarized light.
  • a camera and light control system that determines when each of the lights turn on and off and when each camera begins and ends its exposure time, together with the connection to the plane to receive orders and be able to download the images, as well as a power supply and the corresponding interconnection wiring between all its electronic parts.
  • a light and camera sequencer controlled by commands from the plane.
  • This control subsystem can be housed in a protection box or in the same ring of cameras and lights, and connected to the rest of the aircraft, from where it obtains energy and the appropriate operating orders for its configuration, start-up, shutdown and data download. It is mainly made up of an electronic unit with sufficient processing capacity to efficiently control the switching on of lights and cameras as the hose moves o
  • the control subsystem (or the cameras mentioned above) also have a large capacity memory that stores the images that each camera obtains in each shot and from a communications bus that allows it to download that stored information, from which each part of the referred “photo” of the hose will be obtained.
  • a basic structure fixable to a shell or capsule or Pod comprising:
  • Some structural fixing elements provided at their ends with a fixing lugs to a Pod.
  • it can also have two pairs of structural pieces that we call incliners, mounted on the structural fixing elements and that compensate for an initial angle that the hose forms with respect to the axis of the Pod, so that the toroidal volume where the cameras and lights are located remains. as perpendicular as possible to the axis of the hose.
  • Both horizontal and vertical slide bars where the horizontal slide bars join the upper and lower ends of the structural fixing elements, while the vertical slide bars are mounted on the horizontal slide bars.
  • the hose can have low friction cylinders that slide along the previous sliding bars, facilitating the horizontal and vertical movements of the system due to the movement of the hose itself, with little effort from the latter.
  • the objective of the bars together with the low friction rings, will be that the hose does not need to exert excessive force in its natural movement of (un) / winding the reel to displace our system.
  • it will be able to use the hose itself to follow it in its horizontal and vertical movements, while its guiding substructures, which will be discussed below, prevent it from getting out of the barriers you have. All this to prevent the current hose from being loaded, which is the one that has to push them to move them and whose only force to overcome will be that of friction or friction with these bars and that which the sliding elements cannot avoid (apart from the weight in the case of vertical bars).
  • a first guide substructure that surrounds the hose, which we will call fixed, and that moves with it as it slides along the sliding bars thanks to the low friction cylinders that are attached to this first guide substructure and which is made up of: o
  • it can have very low friction sliding wheels that will roll on the surface of the hose and allow it to push and move our system. o Some axles or bars to hold these wheels, which will allow them to turn.
  • it can have tangential movement skids that facilitate the passage of the hose or any protrusion that it may contain, including a cap of the same, especially when these elements have a larger diameter than that of the basic hose.
  • a set of springs that hold the previous skids to the substructure and that cushion the blows or “pushes” of the hose and, or of its protrusions.
  • it can have very low friction sliding wheels that will roll on the surface of the hose and allow it to push and move our system.
  • it can have tangential movement skids that facilitate the passage of the hose or any protrusion that it may contain, including a larger diameter bushing.
  • a set of springs that hold the previous skids and that absorb shocks or " pushes ”on the hose and / or its protrusions.
  • Some extendable rods supported by ball joints at their ends that will allow the floating substructure to move with respect to the fixed one to place the rods in parallel with the hose, and therefore, to the ring of cameras and lights, perpendicular to the hose that will follow it in its movements, regardless of the position or inclination that it adopts.
  • the wheels hanging from the hanging substructure will follow it and give rise to a tilting movement of the rods and of the substructure itself, making these rods remain parallel to said hose.
  • hose the cameras and lights will be placed in a constant position with respect to the hose and they will always be at the same distance and the same angle with respect to it, which will run through the interior of the substructures and in parallel with the rods.
  • springs have been added to the wheels and skates, which grip the substructure.
  • the purpose of these springs is to tension or force the wheels to remain tangent to the hose at all times.
  • the springs could be replaced by axes, but that is not the case and there is also a bushing at one of the ends of the same that also has to pass through the substructures. That means the wheels have to separate significantly when it passes through any of the substructures. So that this bushing does not literally collide with the wheels, it is important that their axle is above the obstacle to be overcome. Otherwise, the wheel will collide with said obstacle, in this case, the bushing. To solve this problem, it is reasonable to increase the radius of the wheel. However, in our case that is not possible, since if it did, the wheel, when separated outwards due to the bushing, would collide with the interior of the Pod at some point and that would cause some damage that is not acceptable.
  • the skate has been inserted that acts as a wheel in part, allowing the bushing to pass without problem, since its axis of rotation is well above its height.
  • the springs will allow the skate to pass over the bushing and then return to its normal position, just like the wheels.
  • Teflon a self-lubricating material
  • composition and arrangement of the lights in relation to the cameras and the way of illuminating the hose confer an indisputable advantage to the invention object of this document and we consider that it is one of the most important factors that also distinguish this patent with respect to other methods that may be related to it.
  • micro-shadows can be generated by lighting that forms at least an angle of 45 ° with the orthogonal to the surface of the hose.
  • the bulbs that we use to illuminate the surface of the hose at the indicated angle can be made up of rays of different colors depending on their angle of incidence. And by fulfilling the mentioned angular condition, they generate the referred texture.
  • that light can be polarized and complemented with a polarization of the camera lens, which will avoid some residual reflections that could appear due to anomalies in the regularity of the hose surface in its manufacturing process.
  • the optimal solution is found in the use of at least one group, composed of lights or spotlights whose axis is inclined with respect to the axis of the camera, which illuminate the hose in a way that tends to be tangential from opposite sides and alternately and consecutively, from the area of the hose that the camera sees. This will prevent the lighting on one side from being offset by the other side, the result of which would be the disappearance of the aforementioned micro-shadows and with them the texture that allows us to easily detect breaks.
  • This second lighting mode is worse than the previous one but more viable considering the geometry of our system.
  • the illumination can also be improved by adding a polarization to the lights that illuminate. This results in the disappearance of certain reflections due to light rays that reflect in areas with an inappropriate angle.
  • the camera lens should also contain a polishing effect.
  • Another additional advantage would be provided by the fact of lighting with light of a different color depending on the inclination of the rays. This would allow us, on the one hand, to better visualize any irregularity on the hose surface and, on the other, if we place a multispectral filter on the cameras sensor, it would also highlight a damage on the hose surface that would reflect differently from the rest. of the area.
  • the solutions object of this invention on the one hand, it is possible to position the lights and cameras in a constant position with respect to the hose to be inspected and a substantial improvement in the lighting and quality of the image obtained from the surface thereof, which they allow to detect the damages in a simpler and more evident way. Together, they allow to obtain the complete surface of the hose with a sharpness, a detail and a resolution of very good quality, qualities more than enough to reach the intended objective.
  • the spotlights are arranged in such a way that they can illuminate the surface of the hose to be inspected, and there will be a number of particular spots associated with each camera (even if they are not located adjacent to it), that is, when a camera goes to capturing a frame, a certain number of spotlights will be the ones that illuminate in a synchronized way the areas of interest to be captured by that camera, said assignment of the spotlights being to the cameras, fixed.
  • This functionality falls on the sequencer, which is located on the controller, which is part of the system.
  • a puzzle of frames of the unfolded surface of the hose is formed in which it is necessary to make an adjustment in the intersections, or guard areas, to obtain a homogeneous and continuous “photo”.
  • the order of merging the images from the cameras The images from the cameras are first obtained and then merged with images from the same camera (in the longitudinal direction) and with the images from the adjacent cameras (transverse direction).
  • the order of the fusion will depend on the software used and its convenience in one order or another, in terms of the treatment that must be carried out on the images to join them.
  • this cylinder must be cut along a plane parallel to the axis of the hose, which includes it. That is, the cut will be through one of its generatrices, to obtain a development of the lateral surface of that cylinder in the shape of a rectangle, which will be the one that will constitute the “photo” of the hose, which is to be obtained. Accordingly, the top of the "photo” will match the bottom of it.
  • the hose in its collection or extension, has a linear speed V mm / s and that the lens and the distance from the cameras to it are such that the length of the longitudinal fragment that said cameras acquire in each frame is l millimeters, which corresponds to rh pixels, which is the resolution of the camera's image sensor in the same longitudinal direction of the hose. That means that every millimeter on the surface of the hose corresponds to the camera - pixels. We must do this calculation for the part of the hose that is closest to the chamber, which is the worst case. So that the movement of the hose does not affect the sharpness of the image obtained in each camera, we are going to prevent it from moving during the exposure time te, more than an order of magnitude below the distance between two pixels. According to that:
  • the minimum number of images per second fps, to be taken by each camera, so that there is at least a guard zone of 10% of the image, (which will allow 5% overlap on each side), will be:
  • the recording time will be:
  • the inspection procedure will be as follows:
  • the duration of the The time for the appropriate lights to turn on will be a few milliseconds.
  • the duration of the acquisition of each camera will be from a few microseconds to a few tens of microseconds, all depending on the sensitivity of the image sensor and the intensity of the lights used as well as their on time.
  • the frames obtained by the different sets of cameras for a given image ring will be out of phase, in the sense that they do not correspond to the same instant of time. For proper blending, vividness, gamma, white balance and other image adjustment operations must be performed at the borders with adjacent photos.
  • the image from the cameras is stored in memory.
  • This image can be subjected to a compression process of the H.265 type (or similar) to reduce its size, as long as said process does not degrade the image appreciably.
  • the controller When the hose has finished being collected, the controller indicates it and ends both the lighting of the lights and the acquisition by the cameras.
  • the system and the procedure can be redundant, that is, a second batch of cameras and lights are placed interspersed between the previous ones with a lag between consecutive cameras. For example, in the case of four additional cameras, it would be 45 °. In this way, a second set of images would be captured, in such a way that a truthful capture of the hose surface would be ensured with any of the two subsystems interspersed with each other, with the advantage that if one or more cameras belonging to a subsystem fail, we will continue to have enough information to obtain the "photo".
  • Either the cameras, or the processing unit may include the ability to compress the images from the cameras in order to reduce the amount of information needed to compose the "photo" of the hose surface.
  • the system can comprise a program that composes the "photo" of the hose surface, from the images captured by the different cameras.
  • the system can also include a program that analyzes the "photo" of the hose surface and detects the critical points of damage and breaks that may exist on it.
  • the system for avoiding current spikes from the aircraft generators may comprise a set of supercapacitors that continuously store energy and supply it to the lights when they need it.
  • FIG 2 we can see a cross section of a “Pod” (3) with the most significant elements that act inside it.
  • Figure 3 shows a more enlarged front view and elevation of the reel (2) and the structure of our positioning and imaging system that is mounted inside the Pod (3).
  • Figure 4 schematically shows the inclination (a) and the different types of movement or degrees of freedom that the hose has and that are the cause of the complexity of the system to achieve a constant relative position with respect to it. .
  • Figure 5 shows the hose divided into frames (31) that must be joined both transversely and longitudinally to obtain a "photo" of it.
  • Figure 6 shows the structure object of this invention, from a frontal point of view.
  • skids (15, 17) of the system are represented in elevation and in perspective.
  • Figure 8 shows the system object of this invention, represented with a side perspective.
  • Figure 9 highlights within two ellipses, the guiding substructures of the system, a first guiding substructure (13) that is fixed, on the left, and a second guiding substructure (16) that is hanging on the right. Both allow the ring of cameras and lights to remain perpendicular to the hose.
  • Figure 10 shows a Cartesian diagram of the hose (1) and the different relative directions of the camera and lights.
  • Figure 11 shows four sets of lights (23) used to illuminate the area of interest of the hose (1) for a given camera (22).
  • Figure 12 shows a diagram of the electronic system of the invention and the connections regarding signals and power (35) from the aircraft.
  • Figure 13 shows schematically what a rod (9) would look like, connecting the guide substructures.
  • Figure 14 shows a cross section to the axis of the hose (1), which includes the elements that are part of a guide substructure.
  • Figure 15 left shows an elevation of a longitudinal section of the hose (1) where the bushing (38) and two positions of the wheel (19), the skate, can be seen.
  • Figure 15 right shows the two positions of wheels and bushings when the hose and bush respectively pass through the substructure.
  • FIG 1 we can see a reel (2) on which a hose (1) is wound and unrolled.
  • This reel is located inside a casing or capsule, where the hose (1) is housed, which from now on we will call Pod, which in turn is generally placed under the wing of an airplane.
  • the aircraft thus configured can be called a "tanker” and supply fuel to other aircraft by the hose and basket method.
  • Figure 2 shows the inner part of a Pod (3), to which we have internally fixed the system that is the object of this invention and through which the hose (1) runs. We look for the winding and unwinding movement of the hose (1) during the flight, so that, during this process, the system can acquire the information from the surface of the hose.
  • the system object of the invention is internally fastened to the Pod (3) by means of lugs (12) that are screwed inside onto which fix structural fixing elements (10) to through which the hose (1) will pass along its entire length.
  • the system consists of a set of cameras (22) and lights (23) arranged in a ring around the hose (1).
  • the objective of the system is to achieve a very high quality in the images obtained from the hose (1) and a great regularity in terms of the image and the degree of illumination that each camera obtains from it.
  • a main objective of the system is to keep these cameras (22) and lights (23) always at the same distance from the hose (1).
  • the basket (4) can carry out a force pulling in different directions of the hose (1) and change its direction with respect to that of the reel outlet.
  • This change in the direction of movement of the basket (4) can be vertical or pitch (P) or horizontal or yaw (R) as indicated in the same figure 4. We therefore have two more movements or degrees of freedom .
  • the objective of our system to preserve a high degree of quality in the images collected is to keep the cameras (22) and the lights (23) in a fixed relative position with respect to the hose. Therefore, the system that is the object of this invention will compensate for all the previous movements and inclination and will do so in the following way:
  • the system consists of two pairs of arms (5) of different lengths that give that inclination to the rest of the system ( Figures 8 and 9).
  • the system consists of a first guide substructure (13), with an octagonal shape (see figure 9) in this preferred implementation, in which four wheels (19), with an axial inclination towards the axis of the hose of 90 ° difference from one with respect to the next, all with their axes (20) (figure 7) perpendicular to the axis of the hose.
  • the wheels have the mission of "rolling" on the surface of the hose (1) in order to make the substructure follow the movement of the latter.
  • the springs (8) that hold them tend to place them in the center of the substructure, making it follow the position of the hose in this way.
  • a section can be seen in figure 14, where four wheels (19) corresponding to this preferred implementation, roll over the hose (1) making the spring-wheel set embrace it and the substructure follow the hose (1) .
  • this first guide substructure (13) is, on the one hand, to allow the hose to run through it with the minimum possible friction, hence the wheels (19). But it is also intended that the hose (1) when moving horizontally (H) and vertically (V), pushes this substructure and moves it evenly to it. As has been anticipated, to try to adjust this substructure as much as possible to the hose (1) some springs (8) have been added. And to consider the possibility that the diameter of the same can change, as in our case, due to the existence of a bushing, increasing considerably, some skids have been introduced (15). These functionally increase the radius of the wheels and produce the same effect as these, of following the hose, in the case of a greater radius of the same.
  • the runners (15, 17) must be made of a smooth and polished material that cannot be caught by the bushing. It could be worth the Teflon that is self-lubricating or another similar that supports the required temperature ranges.
  • each skate (15) has the same axis (20) as its corresponding wheel and consists of hooks (21) for each of the springs (8) ( Figures 7 and 14).
  • this first guide substructure (13) can move horizontally and vertically ( Figures 6, 9 and 14), horizontal (7) and vertical (14) bars have been arranged in the structure of our system, which together with some Low friction cylinders (6) and (11) placed on the guide substructure, allow it to move in these two directions H and V with the minimum effort from the hose (1).
  • a second guide substructure (16) has been used (see figure 9) also with wheels (19) very similar to the first guide substructure (13), which will also follow the hose (1), but as it is hung from the first guide substructure (13) (which we have called fixed) it will give some spring rods (9) that connect it to it, the same orientation as that of the hose (1) compensating for these deviations as intended.
  • the ring (18) where the cameras (22) and the lights (23) are located, will be subject to the connecting rods (9) between both substructures in this more complete implementation of this invention.
  • substructure rods (9) are composed of an extensible element such as a spring (37) that is fixed to two ball joints (36) fixed to each substructure (see figure 13).
  • the first implementation with only the first guide substructure (13) or fixed guide substructure.
  • the second implementation adding the second guide substructure (16) or hanging guide substructure (13), more complete than the first when considering the compensation of these two additional movements (P and R) of the hose.
  • control module in our case made up of a microcontroller (MCU) and some peripheral components, programmed to send an ignition command, through a control bus (34) to the lights (23) and to the cameras (22), so that the images of the hose (1) are acquired in their entire length and that will depend on the speed of this in their collection.
  • This control module (24) is powered by an adaptation or conversion module (26) of the aircraft voltage (35), the control module (24) being joined from the adaptation or conversion unit (26) by means of a first connection (27) while the set of cameras (22) and lights (23) receive power from the control unit (24) through a second connection (28).
  • the control unit (24) will also have a memory that will store the information of the acquired frames and that will send them in a timely manner to the download point (25) through a high-speed bus (29).
  • the hose (1) is photographed by the cameras (22) to obtain the frames (31) (figure 5), which, with the appropriate perimeter guard zones, allow to compose them for each instant of time and generate a ring (32).
  • These rings are made up of as many fragments as there are chambers. In each fragment the redundancies of the guard zones are eliminated and they are joined with the adjacent fragments to form a perimeter image complete hose (1) for a given time segment.
  • the number of chambers and fragments is four. They are sampled at sufficient speed to allow guard zones on the longitudinal axis between them.
  • These guard zones again, are nothing more than the repetition of part of the image of the hose at the end of one ring and the beginning of the next and allow to ensure the continuity of the photo.
  • these new guard areas will be eliminated and the “photo” will be generated with a very high level of quality thanks to the architecture of this system.
  • the placement of the lights is done in a hybrid way to those explained above. This is thanks to the fact that the closer we get to mode 1, the more we can raise the lights and the better the angle obtained, always above 45 °. We can move the lights away from the cameras a little on the axis of the hose, which will allow us to lift them a little and meet the requirement of the angle greater than 45 ° more easily.
  • the preferred placement of cameras and lights can be seen in figure 11. In this figure it can be seen how the surface to be acquired from the hose for the upper chamber is illuminated by four lights from opposite sides and angles. The rays of light form with the orthogonal to the surface of the hose, an angle greater than 45 ° in the entire area that said light intends to illuminate.
  • each chamber acquires an angular surface of the hose surface of about 100 °. Of these, 10 ° correspond to guard zones. 5 or on each side, for the intersection with the adjoining chambers. Removing these guards, they subtract 90 ° that the lights illuminate as follows, starting from right to left: The first 90 4 are illuminated by the light or set of first lights 23-1. These first lights 23-1 are positioned to the left of the camera 22 itself, in a front view. The second room is illuminated by second lights 23-2.
  • the third quarter as well as the last one, representing the range from 45 ° to 90 ° of the total, are illuminated in a similar and symmetrical way as has been done for the first half of the total range.
  • the figure shows a third lights 23-3 and a fourth lights 23-4 that perform this function.
  • the basis of this invention is found in the proposed geometric arrangement which, having to be compatible with the current geometry of the Pods, must allow adequate monitoring of the hose and lighting and taking of images that meet With all the above. This is efficiently achieved with the solution and implementation provided.
  • Hydraulic hose fuel control consists of at least two valves at the beginning and end of the hose. If we keep the one at the end where the basket is located closed, due to not having any connection to the receiving plane, and we open the valve at the beginning, the fuel pressure inside the hose increases and if there is a leak, it can be captured by any of the images taken, in the "photo" analysis procedure. All this without prejudice to the damage detection mentioned above.
  • Figure 14 shows a cross section to the axis of the hose (1) that collects the elements that are part of a guide substructure, such as the toroidal volume (18) with chambers (22) and lights (23) and the springs ( 8) responsible for adjusting the wheels (19) and the adjusting skids (15) to the hose (1).
  • Figure 15 shows how, said skates and wheels (19) can separate in the event that a bulge appears around the hose, such as a bushing (38) that embraces the hose (1), increasing significantly its outer radius.
  • Figure 15 left shows an elevation of a longitudinal section of the hose (1) where the wheels (19), and the skates together with the bushing (38) or hose bulge.
  • the wheel by itself would not be able to exceed the bush, since its radius is of the same order as the height that this bush (38) presents as an obstacle.
  • the bushing (38) will pass without problem.
  • the skate acts as a wheel with a larger radius without the problem of occupying in height the space that a wheel of such dimensions would need if it were complete.
  • the procedure of image capture and inspection, for the camera and light positioning system for inspection of hoses with inclination and transverse, vertical and horizontal, pitch and yaw and longitudinal movements described above, which compensates for said movements in order to obtain a very high quality photo, comprises the steps described below.
  • each sampling of the hose surface is divided into two phases, one for each set of those established.
  • the first camera (22) of the first set, the upper one has a hose surface angle, with respect to its center, of 100 °, which is illuminated by four groups of lights (23-1, 2, 3, and 4 ) as shown in figure 11.
  • this part of the ring is added to the other symmetrical one that corresponds to the lower chamber (22), of another 100 °, which would be illuminated by four other groups of lights symmetrical to those corresponding to the upper chamber.
  • Both illuminated areas have no common part on the surface of the hose and can be illuminated at the same time without interfering with each other.
  • we form the first set by group these lighting zones of the upper chamber and the lower chamber.
  • we form the second set with the lights corresponding to the left and right cameras.
  • the controller When the hose has finished being collected, the controller indicates it and ends both the lighting of the lights and the acquisition by the cameras.

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Abstract

Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspeccionar mangueras de repostaje en vuelo, que comprende una subestructura fijadle a una carcasa o cápsula o Pod, una o dos subestructuras de guiado (13) que rodean la manguera, un volumen toroidal, para albergar cámaras (22) y luces (23) y un subsistema de control de cámaras y luces. El sistema permite mantener las cámaras (22) y las luces (23) en una posición relativa fija respecto a la manguera (1) durante los instantes de adquisición, a pesar de la inclinación y los cinco diferentes movimientos que ésta tiene y realiza, al tiempo que permite el paso de protuberancias por el interior del mismo.

Description

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO DE CÁMARAS Y LUCES PARA INSPECCIÓN DE MANGUERAS EMPLEADAS EN EL REPOSTAJE AÉREO Y PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención un sistema de posicionamiento de cámaras y luces para la inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo, así como el procedimiento de inspección de las mismas.
Caracterizan a la presente invención, los especiales elementos estructurales de los que está compuesto, que facultando la inspección in situ de las mangueras empleadas en el repostaje aéreo y permitiendo tener en cuenta la inclinación de salida de las mangueras, los movimientos transversales tanto verticales como horizontales, así como de cabeceo y de guiñada y el propio avance longitudinal de la manguera cuando es recogida o extendida. Permitiendo el paso de la misma incluso cuando existen abultamientos o protuberancias que aumentan su diámetro.
El mundo del repostaje en vuelo con manguera es un sector aeronáutico que pretende paliar los problemas derivados de la poca autonomía de algunas aeronaves, que requieren de un aporte adicional de combustible para poder completar sus misiones aéreas.
Las mangueras empleadas en el repostaje aéreo son relativamente blandas y deben ser inspeccionadas periódicamente, para evitar que un daño en las mismas de lugar a un accidente importante. Sorprendentemente, en nuestros días, la inspección se realiza de forma manual. En esa inspección, debido al peso y rigidez de la manguera, se necesita un conjunto elevado de operarios para extraerla del Pod (o dispositivo que la alberga) y para revisar, visualmente, cada parte de su superficie, en busca de alguna rotura o daño que pueda ser peligroso. Ese trabajo manual se realiza en tierra y paradójicamente, se suelen producir más daños en su inspección que durante su uso normal.
El objeto de esta invención es un sistema que permite mover y colocar unas cámaras y unas luces dentro del Pod, para que realicen, de forma automática, la adquisición de las imágenes de la superficie de la manguera, con el fin de que a partir de las mismas, se pueda hacer una inspección que llamaremos “remota”. Más adelante, ésta podría automatizarse completamente, liberando a los operarios de la manipulación manual y directa de la misma y de la responsabilidad de la detección de los daños que se producen, por su fragilidad. Los dos objetivos principales para una inspección adecuada de la superficie de la manguera son los siguientes:
1.- Obtener una imagen de toda la superficie de la manguera de forma que no se pueda escapar ninguna fisura en ninguna parte de la misma, de principio a fin y a lo largo de los 360 grados de su perímetro transversal.
2.- Obtener una calidad de la imagen suficiente, que sin lugar a dudas, ponga de manifiesto claramente, cualquier daño que pueda existir sobre la superficie de la manguera.
Como se ha comentado, esos dos objetivos se consiguen hoy día, manualmente, mediante un numeroso grupo de operarios que extraen, en tierra, la manguera del Pod, la arrastran en parte por el suelo y la inspeccionan visualmente en toda su longitud y perímetro en un proceso tedioso y costoso, no libre de fallos.
Para conseguir los dos objetivos anteriores de forma automática, que es el objeto último de esta invención, vamos a emplear unas cámaras para adquirir imágenes de toda la manguera, bien al principio de la operación de repostaje o bien al final de la misma, con preferencia de esta última. De forma muy general, el procedimiento consiste en extender inicialmente toda la manguera cuando el avión está en el aire, para a continuación, comenzar la operación de adquisición de imágenes mientras procedemos a la recogida. Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los medios y procedimientos para la inspección de la manguera de repostaje en vuelo, en la modalidad de cesta y manguera, también denominada en anglosajón “Hose & Drogue”, con el fin de determinar si en la misma se han producido daños suficientes que desaconsejen su empleo para las siguientes maniobras de suministro.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La mayoría de los elementos básicos que se van a emplear para obtener la superficie de una manguera como son cámaras y luces, son los mismos que se han empleado en muchas aplicaciones para otras patentes. Eso incluye una unidad de control con cierta electrónica. Sin embargo, aquí la novedad radica en el hecho de proceder a seguir el propio movimiento de la manguera en las distintas variedades que se presentan en esta aplicación y a aprovechar esa estructura de seguimiento para poder colocar unas cámaras que siempre van a poder ver la manguera desde los mismos ángulos y unas luces que siempre van a iluminarla de la misma forma. Esa constancia en la iluminación junto con la forma de hacerlo, permiten la creación de un efecto especial que pone de manifiesto las irregularidades en la superficie de la manguera, que es precisamente uno de los objetivos de esta patente. Así pues, es la disposición de los elementos que forman el sistema y la manera de ¡luminar la manguera, todos juntos, para obtener las imágenes que constituyen “la foto”, lo que va a conferir a esta invención, unos rasgos especiales, que permiten obtener los objetivos marcados, a pesar de las características tan adversas que se presentan en la práctica y que han sido la causa de que la inspección manual siga vigente hasta nuestros días.
En casos distintos, los problemas han sido resueltos mediante las patentes siguientes:
US 2011268313 A1 (WINTER SVEN et al.) 03/11/2011 US 2012294506 A1 (VERREET ROLAND) 22/11/2012, WO 2016146703 A1 (UNIV LEUVEN KATH et al.) 22/09/2016,
US 2011175997 A1 (CYBEROPTICS CORPORATION) 23/01/2009, citado
Como se puede comprobar, en el estado de la técnica se conocen dispositivos de inspección de la superficie de elementos alargados que comprenden uno o varios elementos. Estos, constituyen un anillo o elemento de geometría similar asimilable a un toroide, en cuyo espacio interior se aloja el elemento a inspeccionar y que mantiene una posición relativa fija con relación al resto de elementos. En el anillo o toroide hay montados: Un conjunto de uno o vahos sensores de imagen de cuadro o de línea, dispuestos a lo largo del anillo, mirando radialmente hacia su centro. Y un conjunto de puntos de luz cuya función es la iluminación normal o estructurada del elemento a inspeccionar, por lo que están orientados hacia el espacio interior en el que se alojaría dicho elemento a inspeccionar. Eso, debido a la naturaleza del movimiento de la manguera dentro del Pod, es imposible de realizar en nuestro caso como en esas patentes se describe.
En el caso que nos ocupa, con mangueras de suministro de combustible o similares, dotadas de los diferentes y múltiples movimientos que se indican, para obtener cada uno de los dos objetivos principales marcados (en el apartado OBJETO DE LA INVENCIÓN) confluyen una serie de inconvenientes, que lo hacen muy distinto de otros problemas anteriores.
En primer lugar consideremos el objetivo 1. Para conseguir una imagen global de toda la superficie de la manguera que nos permita una posterior revisión, debemos obtener fotos parciales de su perímetro para cada parte de su longitud. Eso no es ninguna novedad. Pero en nuestro caso, la manguera se mueve muy rápidamente en un eje que forma un cierto ángulo con su eje transversal. Además, la manguera se mueve a lo largo de sus ejes transversales, hacia arriba y abajo y desde la izquierda hacia la derecha. También, la manguera presenta inclinaciones cambiantes debidas al ángulo variable que adopta con los ejes contenidos en el plano transversal de su trayectoria. Se trata de movimientos de cabeceo y de guiñada. En definitiva, lo suficiente, con todos esos grados de libertad, como para no poder emplear ninguna de las soluciones que se han señalado en otras patentes anteriormente. Tenemos que crear una invención que siga a la manguera en todos sus movimientos cuando la misma pasa (movimiento L, figura 4) a lo largo de nuestro sistema, movimientos tanto transversales (V y H, figura 4), como de cabeceo y de guiñada (P y R, figura 4), y que también compense la inclinación (a, figura 4) fija inicial de la misma. Esos movimientos se deben a distintos factores de la recogida o extensión a o desde el carrete, y aerodinámicos de la cesta a la cual está unida la manguera.
En segundo lugar vemos que en la práctica existen problemas serios para obtener el objetivo 2. Por un lado, está de nuevo el hecho de que la manguera se mueva rápidamente a lo largo de un eje que forma un cierto ángulo con su eje longitudinal. Por otro, están otros dos factores como son que la superficie de la manguera es muy lisa y que, debido al roce de la misma con los elementos circundantes, su superficie se pule aún más, llegando a alcanzar brillos y reflejos indeseados, sobre todo cuando se ilumina intensamente desde relativamente cerca. También está la suciedad que va cogiendo la manguera por su uso normal. Todo eso nos da como resultado que las imágenes obtenidas son muy “planas” y sucias, lo que impide desvelar la posible existencia de pequeñas fisuras o daños. Si además la manguera, como es el caso real, está pintada de colores que van del negro hasta el blanco pasando por un rojo pálido, los efectos negativos anteriores se intensifican ya que si iluminamos intensamente, el color blanco se “quema”, impidiendo ver dentro del mismo y si por el contrario, para evitar esto iluminamos poco, entonces las zonas negras de la manguera salen demasiado oscuras. Y eso impide poder determinar, en las mismas, la existencia de ese daño a localizar sobre dicha superficie de la manguera.
Todo lo relatado nos genera una situación complicada de tratar, para obtener, con muy buena calidad, los dos objetivos marcados. Y nos lleva a buscar y crear una solución, que no ha sido recogida en ninguna patente anterior, y que debe solucionar problemas diversos que, como se ha indicado, son la causa de que hasta la fecha no se haya encontrado una forma adecuada que permita solucionar el problema de la inspección manual. Esa inspección actual, es costosa, delicada y da lugar a roturas de la propia manguera en el mismo proceso de inspección, además de numerosos falsos negativos por error humano.
En el estado de la técnica no se conocen sistemas que permitan realizar la inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo, donde dicha inspección tiene lugar durante el proceso de recogida o despliegue de la misma.
El proceso de inspección de mangueras de repostaje presenta complicaciones técnicas muy importantes para realizar una inspección on-line ya que las mangueras durante el proceso de recogida o despliegue se mueven como se ha indicado anteriormente.
Se conocen diferentes divulgaciones que buscan inspeccionar la superficie exterior de elementos cilindricos a modo de cables o similares.
Por ejemplo, en la patente EP0373796 se muestra la inspección de cables por medio de cámaras, pero que sin embargo no tiene la dificultad del movimiento del cable a inspeccionar.
En la patente US20180057021 se divulga una estructura que discurre a lo largo de un cable y que tiene provisto una serie de ruedas que se adaptan a él, con objeto de que la estructura siga el discurrir del mismo, pero en ella no se presenta el problema de la transmisión de los movimientos horizontales y verticales así como de cabeceo y guiñada a la estructura de soporte de las cámaras. Además el diámetro no cambia drásticamente a lo largo de todo el cable.
En general en la inspección de elementos alargados, en caso de estar sometidos a vaivenes o movimientos lo que se realiza es fijar el elemento alargado para evitar oscilaciones del mismo en el tramo el que están colocadas las cámaras. Por lo tanto, es objeto de la presente invención superar el estado de la técnica existente para inspección de elementos alargados, particularmente en lo que se refiere a mangueras de repostaje aéreo para que puedan ser inspeccionadas durante el proceso de recogida o de despliegue evitando así tener que hace una inspección manual en tierra con los costes y complicaciones que supone, desarrollando un sistema que tenga en cuenta al menos los movimientos verticales y horizontales de la manguera y de forma más completa la inclinación inicial de la misma y todavía de manera más perfeccionada los movimiento de cabeceo y guiñada además de los posibles abultamiento que pudiera tener la manguera, desarrollando un sistema como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.
DEFINICIONES
Para un mejor entendimiento de los términos empleados en la descripción de esta invención, definimos aquí algunos términos de interés y uso a lo largo de este documento:
Bus de datos: conjunto de conexiones metálicas, ópticas o de cualquier otra naturaleza que permiten la transferencia de información entre una y otra parte del sistema o bien entre el sistema y otro exterior.
Claroscuro: Es un efecto creado en una imagen obtenida por una cámara, que es consecuencia de la coexistencia, en la misma, de zonas con mucha luz y zonas oscuras. La cámara es un dispositivo que suele constar de un ajuste de ganancia, cuyo valor obtiene a partir de un cálculo simple de la media de luz en una zona de la imagen, generalmente un rectángulo en el centro de la misma. Si en el centro de la imagen hay mucha luz, la ganancia baja, y si en otras zonas hay oscuridad, esa baja ganancia impide que se vean con claridad. Si por el contrario en el centro de la imagen hay oscuridad, la ganancia sube, y si en otras zonas hay mucha luz, esa alta ganancia quema esas zonas, al saturar el valor de luz como consecuencia de multiplicarlo por esa alta ganancia. Eje de una cámara: Es la recta imaginaria ortogonal al sensor de imagen de la misma en su punto central.
Eje de un foco de luz: es la recta ortogonal a la superficie de salida de luz que emite el foco en su punto central.
Eje de la manguera: Es la línea imaginaria que recorre el eje del cilindro que la representa.
La “foto” de la manguera: Es una imagen global de toda la superficie cilindrica que constituye su envolvente y cuyo desarrollo, colocado sobre un plano, es un rectángulo. Según esto, la “foto” será un rectángulo que tendrá un ancho o una base igual a la longitud de la manguera y una altura igual a la longitud de la circunferencia que constituye su perímetro transversal. f.p.s.: Siglas en anglosajón de “Frames Per Second” que corresponde al número de cuadros o imágenes que una cámara toma por cada segundo.
MCU: Acrónimo de “Micro-Controller Unit”, es una unidad de proceso que puede ser programada para recibir un conjunto de entradas y en función de ese programa y dependiendo de los diversos estados en los que se puede encontrar, actuar sobre una serie de salidas. Se trata de un componente fundamental en una unidad de control, que puede sin embargo ser sustituido en función de los requerimientos de cálculo o proceso, por un micro procesador (MPU, CPU) , una FPGA (Field-Programable Gate Array), una GPU (Graphics Processing Unit), y otros con capacidad de procesamiento suficiente.
Movimiento de cabeceo (P, fig. 4): Es el producido en la manguera cuando su eje longitudinal se inclina dentro del plano vertical que lo contiene.
Movimiento de guiñada (R, fig 4): Es el producido en la manguera cuando su eje longitudinal se mueve dentro del plano horizontal que lo contiene. Quemar una zona de una imagen: Los valores de luz que llegan a través de la lente a cada uno de los píxeles, o sensores individuales en los que se descompone un sensor de imagen, son multiplicados por un valor fijo para todos, que se denomina ganancia. Si esa ganancia es muy elevada y el número de fotones que llegan a un pixel dado también es elevado, al multiplicarse ambos dan como resultado un valor por encima del máximo que ese pixel puede alcanzar. El sensor limita ese valor al valor máximo o valor de saturación, lo que equivale a un pixel completamente blanco y que proporciona poca información sobre el contenido de la imagen. Para que una imagen no esté quemada, la ganancia multiplicada por el valor de su pixel de máxima luz debe estar por debajo del valor de saturación. Las imágenes quemadas presentan zonas completamente blancas que no permiten determinar, qué es lo que hay en las mismas.
Pod: Dentro del ámbito del repostaje en vuelo, es la cápsula o carcasa en la que se aloja la manguera, a extender y recoger, para poder realizar la operación de reabastecimiento. El Pod suele localizarse bajo las alas de los aviones tanqueros que suelen tener uno debajo de cada una de ellas, para permitir dos repostajes simultáneos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo de esta invención es un dispositivo que consigue obtener imágenes de toda la superficie de la manguera con una calidad suficiente para permitir la inspección remota de la misma después y a partir, de la adquisición de estas imágenes. Para lograrlo, esta memoria, describe un sistema, que cambia la posición de las cámaras y las luces, interactivamente, de manera que adoptan una posición relativa respecto a la manguera que es constante, a medida que ésta se mueve o inclina. También se refiere esta patente, a un método para ¡luminar y obtener imágenes empleando la estructura anterior, de forma que las imágenes obtenidas de la manguera a lo largo de su recogida (o extensión) pongan de manifiesto los detalles de su superficie, de tal forma que permitan asegurar, sin lugar a dudas, la inexistencia de daños en dicha superficie. Debido : 1 A la inclinación inicial del eje de la manguera respecto al eje del Pod, 2.- Al movimiento transversal de la manguera en sus dos ejes, 3.- A los movimientos de giro en cualquiera de los ejes contenidos en un plano transversal a la manguera, que le permiten adoptar una gran variedad de posiciones, 4.- Al movimiento longitudinal de la manguera al enrollarse o desenrollarse del carrete, y con el fin de obtener un conjunto de imágenes homogéneas de su superficie, interesa que las cámaras y los elementos de iluminación que nos van a permitir obtener la “foto” (de la superficie de la manguera), estén en una posición fija relativa a la posición de la misma en cada instante. Eso lo consigue el sistema objeto de esta invención gracias a una serie de elementos móviles que hacen que para cada posición o movimiento de la manguera, la estructura que soporta las cámaras y las luces, se coloque o se mueva de forma pareja, para colocarlas transversalmente a dicha manguera, en una posición relativa constante.
Junto con lo anterior, esta invención, aporta un procedimiento de iluminación y obtención de las imágenes, basado en la ventaja que el sistema proporciona.
El sistema permite que, una manguera de repostaje pueda ser analizada por un operario, a partir de una “foto” de la superficie de la misma.
El sistema genera la “foto”, que será el producto resultante de su funcionamiento, con una calidad suficiente para asegurar que, de su inspección, pueda afirmarse con un muy alto grado de fiabilidad, la inexistencia de daño sobre cualquier punto de su superficie. Obviamente, esa inspección de la “foto” será ya realizada por un único operario, con capacidad para ir hacia adelante o hacia atrás en su visualización, e incluso realizar un zoom en las zonas de duda. Gracias a la calidad obtenida, este proceso también se puede automatizar para la detección de fallos mediante un “software inteligente”, simplificando el proceso, haciéndolo menos costoso y evitando los errores en casi un cien por cien de las ocasiones.
De todo lo anterior podemos deducir que, además de los objetivos fundamentales y más globales que se enuncian al principio, el sistema resultante debe cumplir y cumple, con los más específicos requisitos siguientes: 1.- La imagen de la “foto” de la manguera debe ser “completa” es decir, debe contener toda la superficie de ésta en toda su longitud (desde un extremo hasta el otro de la manguera) y alrededor de todo su perímetro transversal.
2.- La iluminación no debe crear reflejos ni claroscuros que quemen parte de la imagen por un exceso de luz, ni sombras que dejen demasiado oscuras partes de la imagen, impidiendo ver con claridad si en las mismas existe o no daño.
3.- Las imágenes no deben salir borrosas o movidas debido al rápido movimiento longitudinal de la manguera u otro movimiento que pueda aparecer como vibraciones, viento etc.
4.- Las imágenes obtenidas por las cámaras empleadas, no deben presentar distorsiones debidas al ángulo de visión incidente sobre la superficie de la manguera o por la propia curvatura de la misma, que va vahando sobre un cilindro mientras se separa del eje de visión de la cámara. De forma que al unir todas las imágenes de las cámaras adyacentes la “foto” obtenida, sea continua y no presente irregularidades que tergiversen la interpretación de cualquier daño que pudiera presentar la manguera.
5.- La calidad del conjunto de imágenes obtenidas por las cámaras empleadas debe permitir que, por medio de un software, estas se puedan unir todas fácilmente entre sí, ajustando las líneas de intersección entre imágenes, ajustando la claridad de las mismas y finalmente el factor gamma, balance de blancos y otros parámetros, hasta conseguir una “foto” continua y completa. Para ello, deben introducirse las zonas de guarda adecuadas y ser capaces de unir todo para crear la mencionada “foto”.
6.- También es importante considerar que estamos tratando con un sistema que no suele ser nuevo. Esto significa que, a diferencia de otros sistemas de inspección o detección, el producto a inspeccionar no es homogéneo ni está en perfectas condiciones, libre de manchas, degradación e imperfecciones debidas al uso, sino todo lo contrario. Por lo tanto, cualquier detección siempre estará basada en la obtención de una foto de composición compleja en la que, en un principio, un operador debe poder con sus propios ojos, ver y reconocer en dicha “foto” la existencia de daños, hasta de muy pequeño tamaño. Los daños pueden dar lugar a fugas o mal funcionamiento en general, del proceso de abastecimiento. Eso exige unas condiciones de continuidad y de calidad en el proceso de reconstrucción que no pueden ser obtenidas con los sistemas actuales. Por tanto, el sistema debe aportar algo nuevo en cuanto a calidad y precisión que permita ejecutar esta compleja tarea con eficiencia y con garantía. Aquí no se trata de rechazar algunas unidades de un proceso de producción. Estamos ante una tarea muy exigente de inspección minuciosa que debe evitar un accidente. Las exigencias de calidad son tan grandes que sólo eso, ya haría el problema muy diferente del resto. Sin olvidar que, el sistema, debe poder pasar unas pruebas medioambientales muy estrictas, para su uso aeronáutico.
Con estos requisitos de alto nivel, bajo consideración, surge un sistema que resuelve simultáneamente todos los problemas planteados y que constituye el objeto de esta invención.
El resultado de esta invención, permite que el sistema mantenga la posición relativa del conjunto de cámaras y luces respecto a la manguera, a pesar de los cinco grados de libertad de movimiento que tiene la misma y de su inclinación inicial. Esto lo logra gracias a una serie de elementos móviles que han sido introducidos en su estructura y que dotan al volumen toroidal de cámaras y luces de una movilidad pareja al propio movimiento de la manguera. Así los segmentos estructurales sobre los que se alojan luces y cámaras, siguen al movimiento de la manguera y de esta forma facilitan enormemente la iluminación y captación de imágenes para cada instante del recorrido seguido por ésta en su fase de extensión o recogida. De no ser por este seguimiento de cámaras y luces a la manguera, y de la forma de ¡luminar y obtener la foto, la calidad de las imágenes obtenidas, no podría ser suficiente para que el resultado de la adquisición realizada cumpliera con los requisitos de calidad necesarios.
El sistema, en su implementación más completa, consta de los siguientes elementos:
• Una parte o subsistema electrónico activo, compuesto por: o Un conjunto de cámaras. o Un conjunto de luces para la iluminación de la manguera. Este grupo de luces podrá estar compuesto de elementos generadores de luz en varios ángulos y de diferentes colores, incluyendo luz polarizada.
Estos elementos anteriores irán dispuestos en una especie de anillo o volumen toroidal equidistante de un centro que es el propio eje de la manguera. o Un sistema de control de cámaras y luces que determina cuándo se encienden y apagan cada una de las luces y cuándo cada cámara comienza y termina su tiempo de exposición, junto con el conexionado al avión para recibir órdenes y poder descargar las imágenes, así como una alimentación y el cableado correspondiente de interconexión entre todas sus partes electrónicas. En definitiva, un secuenciador de luces y cámaras controlado por comandos desde el avión.
Este subsistema de control puede ir albergado en una caja de protección o bien en el mismo anillo de cámaras y luces, y conectado al resto del avión, de donde obtiene energía y las órdenes de funcionamiento adecuadas para su configuración, puesta en marcha, parada y descarga de datos. Está integrado principalmente por una unidad electrónica con capacidad de proceso suficiente para controlar eficientemente el encendido de luces y cámaras según se mueve la manguera o El subsistema de control (o bien las propias cámaras mencionadas más arriba), también disponen de una memoria de gran capacidad que almacena las imágenes que cada cámara obtiene en cada disparo y de un bus de comunicaciones que le permite descargar esa información almacenada, de la que se irá obteniendo cada parte de la referida “foto” de la manguera.
• Una estructura mecánica que sujeta y protege los elementos anteriores y los sitúa en ciertas posiciones relativas entre ellos, y que confiere a ese conjunto la capacidad de seguir a la manguera para que las imágenes obtenidas sean de la mayor resolución y calidad. Esta estructura mecánica puede dividirse en las partes siguientes:
- Una estructura básica fijable a una carcasa o cápsula o Pod que comprende:
- Unos elementos estructurales de fijación provistos en sus extremos con una orejetas de fijación a un Pod. Opcionalmente puede contar además con dos pares de piezas estructurales que denominamos inclinadores, montados sobre los elementos estructurales de fijación y que compensan un ángulo inicial que la manguera forma con respecto al eje del Pod, para que el volumen toroidal donde se encuentran cámaras y luces permanezca lo más perpendicular posible al eje de la manguera.
Unas barras de deslizamiento tanto horizontales como verticales, donde las barras de deslizamiento horizontales unen los extremos superiores e inferiores de los elementos estructurales de fijación, mientras que las barras de deslizamiento verticales están montadas sobre las barras de deslizamiento horizontal.
- Opcionalmente puede contar con unos cilindros de baja fricción que se deslizan por las barras de deslizamiento anteriores, facilitando los movimientos horizontales y verticales del sistema por el propio empuje debido al movimiento la manguera, con poco esfuerzo por parte de ésta. El objetivo de las barras junto con los anillos de baja fricción, será que la manguera no necesite realizar una fuerza excesiva en su movimiento natural de (des)/enrollarse del carrete para desplazar a nuestro sistema. Así, éste podrá servirse de la propia manguera para seguirla en sus movimientos horizontales y verticales, al tiempo que las subestructuras de guiado de la misma, de las que se hablará a continuación, impiden que pueda salirse de las barreras que estás tienen. Todo ello para evitar que se cargue a la manguera actual que es la que las tiene que empujar para moverlas y cuya única fuerza a vencer será la de fricción o rozamiento con esas barras y la que los elementos de deslizamiento no puedan evitar (aparte del peso en el caso de las barras verticales).
- Una primera subestructura de guiado que rodea la manguera, que denominaremos fija, y que se mueve con ésta al deslizarse por las barras de deslizamiento gracias a los cilindros de baja fricción que están sujetos a esta primera subestructura de guiado y que se compone de: o Una estructura de soporte para todos los elementos que la componen. o Opcionalmente puede contar con unas ruedas de deslizamiento de muy baja fricción que rodarán sobre la superficie de la manguera y permitirán que ésta empuje y desplace a nuestro sistema. o Unos ejes o barras de sujeción de esas ruedas, que permitirán su giro. o Opcionalmente puede contar con unos patines de movimiento tangencial que facilitan el paso de la manguera o de cualquier protuberancia que ésta pueda contener, incluyendo un casquillo de la misma, sobre todo cuando estos elementos tienen un mayor diámetro que el de la manguera básica. o Un conjunto de muelles que sujetan a la subestructura los patines anteriores y que amortiguan los golpes o “empujones” de la manguera y, o de sus protuberancias.
- Opcionalmente Una segunda subestructura que rodea la manguera, que denominaremos flotante, que se mueve con la manguera y que se compone al igual que la primera subestructura de guiado de: o Una sub estructura de soporte para todos los elementos que la componen. o Opcionalmente puede contar con unas ruedas de deslizamiento de muy baja fricción que rodarán sobre la superficie de la manguera y permitirán que ésta empuje y desplace a nuestro sistema. o Uno ejes o barras de sujeción de esas ruedas, que permitirán su giro. o Opcionalmente puede contar con unos patines de movimiento tangencial que facilitan el paso de la manguera o de cualquier protuberancia que ésta pueda contener, incluyendo un casquillo de mayor diámetro o Un conjunto de muelles que sujetan a los patines anteriores y que amortiguan los golpes o “empujones” de la manguera y, o de sus protuberancias.
- Un volumen toroidal, mencionado antes, para albergar cámaras y luces. Esta especie de anillo se agarrará a la subestructura flotante de guiado en la versión más completa de esta invención o a la subestructura fija de guiado en la versión más básica.
En la versión más completa, ambas subestructuras están unidas entre sí mediante:
- Unos vástagos extensibles soportados por sendas rótulas en sus extremos que van a permitir que la subestructura flotante se mueva respecto a la fija para colocar los vástagos en paralelo con la manguera, y por lo tanto, al anillo de cámaras y luces, perpendicular a la manguera que la seguirá en sus movimientos, independientemente de la posición o inclinación que la misma adopte. Cuando la manguera se mueva en su orientación en un movimiento de cabeceo o guiñada las ruedas que penden de la subestructura colgante la seguirán y darán lugar a un movimiento de inclinación de los vástagos y de la propia subestructura, haciendo que estos vástagos permanezcan paralelos a dicha manguera. Así, las cámaras y las luces se colocarán en una posición constante respecto a la manguera y siempre estarán a la misma distancia y mismo ángulo respecto a la misma, que discurrirá por el interior de las subestructuras y en paralelo con los vástagos.
Para conseguir que las subestructuras se ajusten a la posición de la manguera lo más fielmente posible, al tiempo que no se introduzca un rozamiento importante con nuestro sistema, se han añadido a las ruedas y patines, que se agarran a la subestructura, unos muelles. El objetivo de esos muelles es tensar u obligar a que las ruedas permanezcan tangentes a la manguera en todo momento.
Si la manguera tuviera un radio constante, los muelles podrían sustituirse por unos ejes, pero eso no es así y además existe un casquillo en uno de los extremos de la misma que también tiene que pasar por las subestructuras. Eso significa que las ruedas tienen que separarse significativamente cuando éste pase por cualquiera de las subestructuras. Para que ese casquillo no choque literalmente con las ruedas es importante que el eje de las mismas esté por encima del obstáculo a salvar. Caso contrario, la rueda chocará contra dicho obstáculo, en este caso, el casquillo. Para solucionar este problema, lo razonable es aumentar el radio de la rueda. Sin embargo, en nuestro caso eso no es posible, ya que de hacerlo, la rueda, al separarse hacia afuera debido al casquillo, chocaría contra el interior del Pod en algún momento y eso produciría algún daño que no es aceptable. Para resolver esta situación, se ha introducido el patín que actúa como rueda en parte, permitiendo que el casquillo pase sin problema, ya que su eje de giro está muy por encima de la altura del mismo. Los muelles, permitirán que el patín pase por encima del casquillo y después vuelva a su posición normal, al igual que las ruedas. El patín al hacer de rueda y estar fabricado en un material auto lubricante, como puede ser el teflón, permite perfectamente el paso de dicho casquillo en cualquiera de las dos direcciones posibles. El número de cámaras que necesitamos es bajo (mínimo tres, cuatro en una implementación preferida). Sin perjuicio de que para obtener redundancia y capacidad de absorber fallos (en las cámaras) podamos ampliar este número.
Pero todo lo anterior no es suficiente para resolver de forma óptima la obtención de la “foto”: Nos queda un aspecto muy importante: La forma de ¡luminar la manguera, basada en la capacidad de colocación que tiene este sistema.
La composición y disposición de las luces en relación a las cámaras y la forma de ¡luminar la manguera, le confieren una ventaja indiscutible al invento objeto de este documento y consideramos que es uno de los factores más importantes que también distinguen a esta patente respecto a otros métodos que puedan tener alguna relación con ella.
Hemos encontrado que incluso en mangueras con la superficie muy lisa o incluso pulida, por el roce de su uso habitual, existen sobre la mismas una serie de protuberancias que les confieren una cierta rugosidad que, aunque mínima en algunas zonas, sin embargo es suficiente para que, al ser iluminadas apropiadamente, puedan generar lo que denominamos una estructura de “micro- sombras”. Estas micro-sombras pueden generarse mediante una iluminación que forme al menos un ángulo de 45° con la ortogonal a la superficie de la manguera. Cuando se ilumina así, aparece un efecto colateral, inesperado pero muy deseado, que surgió durante el desarrollo de ciertas maquetas del invento y que constituye una de las características más importantes de esta invención. Se trata de un efecto de micro-sombra que realza la textura de las superficies, amplificando de forma muy interesante cualquier defecto que pueda existir sobre la superficie de la manguera. Este efecto se consigue como hemos dicho, iluminando con cierto ángulo respecto a la ortogonal a la superficie de la manguera al tiempo que la cámara apunta a la misma con un ángulo perpendicular, de forma que las rugosidades que ésta pueda contener en su superficie, generen un patrón que produce la sensación visual de una textura especial sobre la superficie de ésta. Esa textura especial tiene una cierta regularidad salvo por la existencia de algún daño y por lo tanto una irregularidad en dicha textura es claro indicador de un problema de daño en la misma. En definitiva, se produce como una amplificación visual de cualquier defecto que la maguera pueda poseer en su superficie, confiriendo a esta propiedad emergente, de la configuración del sistema, un alto valor para los objetivos que se persiguen, ya que esto facilita de forma excepcional la detección que se pretende con el dispositivo objeto de esta invención.
Además, los focos que empleamos para ¡luminar con el ángulo indicado la superficie de la manguera pueden estar compuestos de rayos de vahos colores según su ángulo de incidencia. Y al cumplir con la condición angular mencionada, generan la textura referida. Además, para una mejor visualización si cabe, esa luz puede polarizarse y complementarse con una polarización de la lente de la cámara, que evitará algunos reflejos residuales que pudieran aparecer por anomalías en la regularidad de la superficie de la manguera en su proceso de fabricación.
Es importante señalar que, normalmente, entre el eje de las cámaras y el plano en el que se encuentran los focos de iluminación, existen vahos ángulos distintos. Al disponer las cámaras y luces en ángulos diferentes respecto a la ortogonal a la superficie de la manguera no sólo mantenemos el efecto anterior sino que además evitamos otros reflejos que generan las zonas más pulidas de la manguera. En definitiva, la solución óptima se encuentra en el empleo de al menos un grupo, compuesto por luces o focos cuyo eje esté inclinado respecto al eje de la cámara, que iluminan la manguera de forma tendente a ser tangencial desde lados opuestos y de forma alternativa y consecutiva, de la zona de la manguera que ve la cámara. Así se evitará que la iluminación de un lado sea compensada por la de otro lado, cuyo resultado sería la desaparición de las mencionadas micro-sombras y con ellas la textura que nos permite detectar fácilmente las roturas.
Para explicar mejor cómo podrían ser varias formas de iluminación compatibles con la condición de inclinación marcada, nos fijamos en la figura 10, si llamamos z al eje de la cámara, debemos ¡luminar la manguera (1 ) en direcciones que no generen reflejos en la misma y que al mismo tiempo iluminen sus superficie de forma lo más tangencial posible, es decir, con un ángulo superior a 45° con la ortogonal a superficie de la misma. Para obtener esto, podemos bien ¡luminar desde la dirección b=0 ó b=90°, (o una combinación de las mismas) tal y como se indican en la misma figura.
Si iluminamos desde b=0, los rayos de luz estarán siempre en un plano paralelo al eje de la manguera y por tanto obtendremos el efecto deseado. Pero debido a la estructura geométrica de nuestro sistema, no podemos ¡luminar en esa dirección exacta, porque tendríamos que alejar la luces infinitamente de nuestras cámaras. No obstante, podemos alejarlas en la dirección b=0, una distancia superior a la distancia entre la cámara y la manguera, con lo que el ángulo de incidencia entre los rayos y el eje de la cámara sería superior a 45° y por tanto cumpliríamos con el objetivo suficientemente bien.
Otra opción que nos brinda esta estructura, (ver figura 10), es poner la cámaras en b=90°, es decir, en un plano perpendicular al eje de la manguera. En este caso, el inconveniente que se presenta es que la manguera, debido a su sección circular, va cambiando el ángulo de la perpendicular a su superficie. Para conseguir en esta situación, el objetivo de que los rayos sean lo más tangentes posible a la superficie de la manguera, debemos considerar que solamente necesitamos que la cámara vea un ángulo de la manguera de alrededor de 100° medido desde el centro de la misma. Entonces podemos colocar luces, en cada lado de la manguera para ¡luminar, desde lados opuestos, su superficie. De esta forma, podemos ¡luminar con un ángulo de nuevo superior a 45° desde cada lado, en la zona de interés. Este segundo modo de iluminación es peor que el anterior pero más viable considerando la geometría de nuestro sistema. Para mantener que la iluminación consiga un ángulo con la ortogonal a la manguera superior o igual a 45° hemos introducido dos puntos de luz, al menos, en cada lado de la manguera (ver figura 11 ). Tenemos, por lo tanto, dos formas de ¡luminar que cumplen con la condición establecida y que van a permitir resaltar cualquier defecto sobre la superficie de la manguera. En nuestra implementación preferida se ha empleado la segunda por razones de simplicidad de diseño.
La iluminación además puede ser mejorada añadiendo una polarización a las luces que iluminan. Esto da lugar a la desaparición de ciertos reflejos debidos a rayos de luz que reflejan en zonas con un ángulo inadecuado. La lente de la cámara deberá también contener un efecto polañzador.
Otra ventaja adicional nos la proporcionaría el hecho de ¡luminar con luz de distinto color dependiendo de la inclinación de los rayos. Eso nos permitiría por un lado visualizar mejor cualquier irregularidad en la superficie de la manguera y por otro, si colocamos un filtro multiespectral en el sensor de las cámaras, también nos resaltaría un daño en la superficie de la manguera que reflejaría de forma diferente al resto de la zona.
Con la solución objeto de esta invención se consigue por un lado posicionar las luces y cámaras en una posición constante respecto a la manguera a inspeccionar y una mejora sustancial en la iluminación y calidad de la imagen que se obtiene de la superficie de la misma, que permiten detectar los daños de una forma más sencilla y más evidente. Ambas en conjunto, permiten obtener la superficie completa de la manguera con una nitidez, un detalle y una resolución de muy buena calidad, cualidades más que suficientes para alcanzar el objetivo pretendido.
Los focos se disponen de manera que pueden ¡luminar la superficie de la manguera a inspeccionar, y habrá un número de focos determinados asociados con cada cámara (aunque no estén localizados en una posición adyacente a ésta), es decir, cuando una cámara vaya a capturar un fotograma serán un determinado número de focos los que iluminen de manera sincronizada las zonas de interés a captar por esa cámara, siendo dicha asignación de los focos a las cámaras, fija. Esta funcionalidad recae sobre el secuenciador, que se encuentra en la controladora, que forma parte del sistema.
Al final se conforma un puzle de fotogramas de la superficie desplegada de la manguera en la que se hace necesario realizar un ajuste en las intersecciones, o zonas de guarda, para obtener una “foto” homogénea y continua.
PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN
Hay dos aspectos previos, que hay que considerar dentro del procedimiento de inspección, que tienen que ver con la forma en la que vamos a tomar las imágenes desde las cámaras y cómo las vamos a unir o fusionar entre ellas para obtener la “foto”:
1.- El orden de fusionar las imágenes de las cámaras: Las imágenes de las cámaras son primero obtenidas y luego fusionadas con imágenes de la misma cámara (en el sentido longitudinal) y con las imágenes de las cámaras adyacentes (sentido transversal). El orden de la fusión dependerá del software empleado y de la conveniencia de éste por un orden u otro, en cuanto al tratamiento que debe realizar sobre las imágenes para unirlas. Podemos primero fusionar cámaras adyacentes para obtener un anillo periférico de la superficie de la manguera y después unir todos esos anillos longitudinalmente para obtener la “foto” o bien unir las imágenes de cada cámara longitudinalmente para obtener tiras de la “foto” que luego uniremos transversalmente para lograr la “foto” final. Antes de llevar a cabo, durante el vuelo, el proceso de adquisición, es necesario realizar una calibración de las cámaras y un ajuste entre cámaras adyacentes con el fin de suavizar la fusión entre ellas. Los parámetros intrínsecos de cada cámara deben ser obtenidos para reducir distorsiones debidas a artefactos de las lentes y sensores, cosa que se puede realizar en fábrica y almacenar dichos parámetros dentro de la memoria de cada cámara. También en fábrica, unos parámetros de escala y de ganancia deberán ser obtenidos y almacenados para mejorar la fusión posterior de imágenes. 2.- Para simplificar y acortar en el tiempo, la operación de obtención y composición de imágenes, vamos a agrupar las cámaras en conjuntos, en los que las iluminaciones que necesiten no interfieran entre ellas. Para ¡luminar y tomar las imágenes de cada anillo, primero dividimos su superficie en zonas que corresponden a cámaras diferentes y cuya iluminación no interfiere con la correspondiente a otra cámara. Agrupamos esas cámaras entre sí e iluminamos todas las zonas, que serán disjuntas, para adquirir imágenes con todas esas cámaras del conjunto, al mismo tiempo. De esta forma, el tiempo de muestreo correspondiente a cada anillo es dividido solamente en tantas partes como conjuntos de cámaras agrupadas en los que se han dividido el total de cámaras. Puesto que no podemos muestrear todos conjuntos al mismo tiempo, eso significará que las imágenes tomadas para los diferentes conjuntos al ser unidas, no coincidirán, ya que estarán desfasadas en el tiempo. Ese desfase es tomado en cuenta a la hora de proceder a su fusión en un anillo completo.
Una vez elegido el método de proceder para obtener el cilindro de la imagen de toda la manguera, este cilindro deberá cortarse por un plano paralelo al eje de la manguera, que lo incluya. Es decir, el corte será por una de sus generatrices, para obtener un desarrollo de la superficie lateral de ese cilindro en forma de rectángulo, que será el que constituirá la “foto” de la manguera, que se desea obtener. Según eso, la parte de arriba de la “foto” coincidirá con la parte de debajo de la misma.
Vamos a considerar que la manguera, en su recogida o extensión, tiene una velocidad lineal V mm/s y que la lente y la distancia de las cámaras a la misma son tales que la longitud del fragmento longitudinal que dichas cámaras adquieren en cada fotograma es de l milímetros, que corresponde a rh píxeles que es la resolución del sensor de imagen de la cámara en el mismo sentido longitudinal de la manguera. Eso significa que a cada milímetro en la superficie de la manguera le corresponden en la cámara — píxeles. Este cálculo debemos hacerlo para la parte de la manguera que está más cercana a la cámara, que es el caso peor. Para que el movimiento de la manguera no afecte a la nitidez de la imagen obtenida en cada cámara, vamos a impedir que la misma se mueva durante el tiempo de exposición te, más de un orden de magnitud por debajo de la distancia entre dos píxeles. Según eso:
Figure imgf000026_0001
El número mínimo de imágenes por segundo f.p.s., a tomar por cada cámara, de forma que haya al menos una zona de guarda de un 10% de la imagen, (lo que permitirá un 5% de solape por cada lado), será:
Figure imgf000026_0002
Si la longitud en milímetros de la manguera es L, el tiempo de grabación será de:
L
T
V
Y el número de fotogramas captados por cada cámara:
N = f.p.s.· T
El procedimiento de inspección será el siguiente:
- Despliegue o extensión completa de la manguera en vuelo.
- Comienzo de la operación de recogida o extensión total de la manguera en vuelo.
- Al mismo tiempo que comienza la operación del punto anterior, y para cada conjunto de cámaras en los que hemos dividido el total de ellas, según el criterio anterior de que sus luces no interfieran entre sí, arrancamos el disparo de las luces del primer conjunto sincronizado con la captura de fotogramas por cada cámara del conjunto. Este proceso de captura se va a repetir para cada conjunto de cámaras.
- Repetimos el proceso anterior para cada sección de la manguera, que denominamos anillo de manguera y que es un cilindro que refleja la imagen externa de un tramo de manguera en todo su alrededor. Este proceso se realiza a una frecuencia de f.p.s. veces por segundo.
Es importante que las luces correspondientes a cada cámara guarden los ángulos adecuados con el eje de la misma, tal y como se ha explicado con anterioridad, con el fin de obtener el efecto requerido. La duración del tiempo de encendido de las luces adecuadas, será de vahos milisegundos. La duración de la adquisición de cada cámara será de unos microsegundos hasta unas decenas de microsegundos, todo ello dependiendo de la sensibilidad del sensor de imagen y de la intensidad de las luces empleadas así como de su tiempo de encendido. Como se ha indicado, los fotogramas obtenidos por los distintos conjuntos de cámaras para un anillo de imagen dado, estarán desfasados, en el sentido que no corresponden al mismo instante de tiempo. Para la fusión adecuada, deben realizarse ajustes de intensidad, de gamma, balance de blancos y además otras operaciones de ajuste de imagen en las fronteras con las fotos adyacentes.
- La imagen de las cámaras es almacenada en la Memoria. Esta imagen puede ser sometida a un proceso de compresión del tipo H.265 (o similar) para reducir su tamaño, siempre que dicho proceso no degrade la imagen de forma apreciable.
- Cuando la manguera haya terminado de recogerse, la controladora lo indica y termina tanto el encendido de luces como la adquisición por parte de las cámaras.
- El sistema se detiene a la espera de la orden de descarga de los datos de la memoria para su posterior procesado y composición de la “foto”.
Obtenida la “foto”, un operario podrá visualizarla paso a paso en una pantalla, y será capaz de verificar si alguna parte de la manguera está dañada.
Hay que considerar que el sistema y el procedimiento pueden ser redundantes, es decir, se coloca una segunda tanda de cámaras y luces intercaladas entre las anteriores con un desfase entre cámaras consecutivas. Por ejemplo para el caso de cuatro cámaras adicionales, sería de 45°. Así se procedería a la captura de un segundo juego de imágenes, de manera que se aseguraría una captación veraz de la superficie de la manguera con cualquiera de los dos subsistemas intercalados entre sí, con la ventaja de que si una o más cámaras pertenecientes a un subsistema fallan, seguiremos teniendo información suficiente para obtener la “foto”.
También podemos polarizar la luz procedente de los focos y también podemos poner un filtro polarizador delante de las lentes de las cámaras. Esto nos asegura las direcciones de los rayos y el filtrado de aquellos no deseados, obteniendo una mejora en la evitación de reflejos y brillos.
Igualmente podemos emplear luces de diferentes colores con direcciones diferentes que harán que elementos o partes de la superficie de la manguera que se salgan de la disposición normal, presenten un color diferente y pongan así más fácilmente de manifiesto cualquier irregularidad de la misma.
Bien las cámaras, bien la unidad de procesamiento, pueden tener incluida la capacidad para comprimir las imágenes procedentes de las cámaras con el fin de reducir la cantidad de información necesaria para recomponer la “foto” de la superficie de la manguera.
El sistema puede comprender un programa que compone la “foto” de la superficie de la manguera, a partir de las imágenes captadas por las diferentes cámaras.
El sistema también puede comprender un programa que analiza la “foto” de la superficie de la manguera y detecta los puntos críticos de daños y roturas que pueden existir sobre la misma.
El sistema para evitar picos de corriente desde los generadores del avión puede comprender un conjunto de supercondensadores que almacenan energía de forma continua y se la suministran a las luces cuando éstas lo necesitan.
Haciéndolo de la manera propuesta, se logra una alta eficiencia, ya que la captura de fotogramas se realiza durante el proceso de recogida o desplegado en vuelo de la manguera. No se requiere la intervención de personal especializado y no puede dañarse en el proceso, ya que se realiza en el aire. Tras el proceso de descarga y composición, solamente es necesaria una inspección visual en una pantalla por un operario. El proceso final, es más económico, seguro y sencillo. Además, el resultado obtenido permite un ulterior tratamiento digital para automatizar esta inspección.
Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención, se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, las expresiones “comprende” o “está compuesto de” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.
EXPLICACION DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.
En la figura 1 , podemos observar una representación esquemática del corte transversal de un carrete (2) sobre el que se enrolla/desenrolla la manguera (1 ).
En la figura 2, podemos observar un corte transversal de un “Pod” (3) con los elementos más significativos que actúan en su interior. El carrete o tambor (2) donde se enrolla la manguera (1 ) y la cesta (4) al final de la manguera (1 ). En la figura 3 se muestra más ampliada, una vista frontal y un alzado del carrete (2) y de la estructura de nuestro sistema de posicionamiento y obtención de imágenes que se monta en el interior del Pod (3).
En la figura 4 aparecen representados, de forma esquemática, la inclinación (a) y los distintos tipos de movimiento o grados de libertad que tiene la manguera y que son los causantes de la complejidad del sistema para conseguir una posición relativa constante respecto a la misma.
La figura 5 muestra la manguera dividida en fotogramas (31 ) que deberán ser unidos tanto transversalmente como longitudinalmente para obtener la “foto” de la misma.
En la figura 6 se muestra la estructura objeto de esta invención, desde un punto de vista frontal.
En la figura 7 aparecen representados alzados y en perspectiva, los patines (15, 17) del sistema.
En la figura 8 se muestra el sistema objeto de esta invención, representado con una perspectiva lateral.
La figura 9 resalta dentro de dos elipses, las subestructuras de guiado del sistema, una primera subestructura de guiado (13) que es fija, a la izquierda, y una segunda subestructura de guiado (16) que es colgante a la derecha. Ambas permiten que el anillo de cámaras y luces se mantenga perpendicular a la manguera.
En la figura 10 se muestra un esquema cartesiano de la manguera (1 ) y las distintas direcciones relativas de cámara y luces. La figura 11 muestra cuatro conjuntos de luces (23) empleados para ¡luminar la zona de interés de la manguera (1 ) para una determinada cámara (22).
La figura 12 muestra un diagrama del sistema electrónico de la invención y del conexionado respecto a señales y alimentación (35) procedente del avión.
La figura 13 muestra esquemáticamente cómo sería un vástago (9), de unión entre las subestructuras de guiado.
La figura 14 nos muestra un corte transversal al eje de la manguera (1 ), que recoge los elementos que forman parte de una subestructura de guiado.
La figura 15 izquierda muestra un alzado de un corte longitudinal de la manguera (1 ) donde se aprecia el casquillo (38) y dos posiciones de la rueda (19), el patín.
La figura 15 derecha muestra las dos posiciones de ruedas y casquillos cuando pasa respectivamente la manguera y el casquillo por la subestructura.
Al final de la descripción de la realización preferente de esta invención, en este documento, se añade una lista con la denominación de los elementos de las figuras con el fin de facilitar la búsqueda y la localización de cada uno de ellos.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.
A la vista de las figuras, se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta. Sin carácter limitativo, ésta pretende explicar la realización de una implementación específica y funcional de la misma con el objeto principal de ¡lustrar más en detalle, las propiedades que caracterizan esta invención.
En la figura 1 podemos observar un carrete (2) sobre el cual se enrolla y desenrolla una manguera (1 ). Este carrete se encuentra ubicado en el interior de una carcasa o cápsula, donde se aloja la manguera (1) que en adelante denominaremos Pod, que a su vez se coloca generalmente bajo el ala de un avión. El avión así configurado, puede denominarse “tanquero” y suministrar combustible a otros aviones mediante el método de manguera y cesta.
La figura 2, muestra la parte interior de un Pod (3), al que hemos fijado interiormente el sistema objeto de esta invención y por el que discurre la manguera (1). Buscamos el movimiento de enrollado y desenrollado de la manguera (1 ) durante el vuelo, para que, durante dicho proceso, el sistema pueda adquirir la información de la superficie de la misma.
El sistema objeto de la invención, tal y como se muestra en la figura 3, se sujeta interiormente al Pod (3) mediante unas orejetas (12) que se atornillan en su interior sobre las que fijan unos elementos estructurales de fijación (10) a través de la cual va a pasar la manguera (1 ) en toda su longitud.
El sistema consta de un conjunto de cámaras (22) y de luces (23) dispuestas en un anillo alrededor de la manguera (1 ). El objetivo del sistema es conseguir una calidad muy alta en las imágenes que obtiene de la manguera (1) y una gran regularidad, en cuanto a la imagen y al grado iluminación que cada cámara obtiene de ésta. Para ello, un objetivo principal del sistema es mantener esas cámaras (22) y luces (23) siempre a la misma distancia de la manguera (1 ).
Debido a la entrada (o salida) de la manguera en el carrete, dentro del Pod, aparece un ángulo de inclinación (a) con relación a un plano ortogonal al eje de la manguera (1 ), como consecuencia de su ángulo de entrada (o salida) a dicho carrete (2), (ver a en figuras 3, 4 y 9).
Además, la posición de la manguera (1 ) se va a desplazar tanto en la dirección horizontal (H) (para permitir varias vueltas en el carrete) como en la dirección vertical (V) (para permitir varios niveles sobre el carrete, con diferentes radios de enrollamiento en el mismo). Así se muestran los hechos anteriores en las figuras 3, 4 y 9, con el ángulo (a) y en la figura 4 con las flechas (H) y (V). O sea, que tenemos un ángulo fijo de inclinación y dos movimientos diferentes de la manguera (1 ) respecto al Pod (3), que consideraremos como nuestra referencia fija.
También, y como consecuencia de la aerodinámica exterior y de las maniobras del avión tanquero, y por otra parte, por el diferente ángulo de giro de la manguera en el carrete, la cesta (4) puede realizar una fuerza tirando en diferentes direcciones de la manguera (1 ) y cambiar su dirección respecto a la de salida del carrete. Este cambio en la dirección del movimiento de la cesta (4) puede ser en vertical o cabeceo (P) o en horizontal o guiñada (R) según se indica en la misma figura 4. Tenemos, pues, dos movimientos o grados de libertad más.
En resumen, según lo anterior, tenemos un ángulo fijo inicial (a) y cinco grados de libertad correspondientes a los cuatro anteriores (H), (V), (P), (R), junto con el propio movimiento longitudinal (L) de la manguera en su proceso de recogida/extensión y además la variación de la misma en cuanto a su radio como sucede cuando el casquillo tiene que pasar por el sistema.
Tal y como se ha establecido, el objetivo de nuestro sistema para preservar un alto grado de calidad en las imágenes recogidas, es mantener a las cámaras (22) y a las luces (23) en una posición relativa fija respecto a la manguera. Por tanto, el sistema objeto de esta invención compensará todos los movimientos e inclinación anteriores y lo hará de la forma siguiente:
Para compensar la inclinación a fijada por la salida del carrete, el sistema consta de dos pares de brazos (5) de diferentes longitudes que confieren esa inclinación al resto del sistema (figuras 8 y 9).
Para compensar los movimientos en horizontal (H) y en vertical (V), el sistema consta de una primera subestructura de guiado (13), con forma octogonal (ver figura 9) en esta implementación preferente, en la que se han dispuesto cuatro ruedas (19), con una inclinación axial hacia el eje de la manguera de 90° de diferencia de una respecto a la siguiente, todas con sus ejes (20) (figura 7) perpendiculares al eje de la manguera. Las ruedas tienen como misión “rodar” sobre la superficie de la manguera (1) con el fin de hacer que la subestructura siga el movimiento de ésta. Los muelles (8) que las sujetan tienden a colocarlas en el centro de la subestructura haciendo que la misma siga de esta forma a la posición de la manguera. Un corte puede verse en la figura 14, donde cuatro ruedas (19) correspondientes a esta implementación preferente, ruedan por encima de la manguera (1 ) haciendo que el conjunto muelles-ruedas la abrace y que la subestructura siga a la manguera (1 ).
El objetivo de esta primera subestructura de guiado (13) es por un lado permitir que la manguera discurra por su interior con el mínimo rozamiento posible, de ahí las ruedas (19). Pero también se persigue que la manguera (1 ) al desplazarse horizontal (H) y verticalmente (V), empuje a esta subestructura y la mueva de forma pareja a la misma. Como se ha adelantado, para intentar ajustar esta subestructura lo más posible a la manguera (1) se han añadido unos muelles (8). Y para considerar la posibilidad de que el diámetro de la misma pueda vahar, como es nuestro caso, debido a la existencia de un casquillo, aumentando considerablemente, se han introducido unos patines (15). Estos aumentan funcionalmente el radio de la ruedas y producen el mismo efecto que éstas, de seguir a la manguera, para el caso de un mayor radio de la misma. El funcionamiento de estos patines (15) es muy similar al de las ruedas (19) y aunque estos no pueden rodar como las primeras, sin embargo si pueden girar para permitir que un abultamiento de la manguera pase por el centro de la subestructura. Si no pusiéramos estos “patines” (15) y para evitar que el abultamiento bloqueara la rueda (19), deberíamos aumentar el radio de la misma. Esto no es viable en nuestro caso ya que al separarse estas ruedas del centro de la subestructura, debido a un abultamiento de la manguera su gran diámetro daría lugar a que las mismas chocaran con el interior del Pod (3) haciendo inviable esta implementación del sistema. Eso no sucede con los patines (15) como se ha ¡lustrado en la imagen derecha de la figura 15. En la misma, a la izquierda, se puede observar como el patín puede superar el obstáculo del casquillo y cómo, si no pusiéramos los patines (15), el casquillo, que tiene una altura en el momento de chocar contra la rueda cercana a su radio, produciría un bloqueo de ésta y probablemente un problema de rotura de alguno de los elementos del sistema. En la figura 15, a la derecha, pueden verse las dos posiciones en las que estarán los patines. La primera corresponde al paso de la manguera y la segunda al paso del casquillo.
Los patines (15, 17) deben ser de un material liso y pulido, que no se pueda enganchar con el casquillo. Podría valer el teflón que es auto lubricante u otro similar que soporte los rangos de temperatura requeridos.
Obviamente cada patín (15), tiene el mismo eje (20) que su correspondiente rueda y constan de unos enganches (21 ) para cada uno de los muelles (8) (figuras 7 y 14).
Para que esta primera subestructura de guiado (13) pueda moverse en horizontal y en vertical (figuras 6, 9 y 14) se han dispuesto en la estructura de nuestro sistema, unas barras horizontales (7) y verticales (14) que junto con unos cilindros de bajo rozamiento (6) y (11 ) colocados en la subestructura de guiado, permiten a ésta moverse en esas dos direcciones H y V con el mínimo esfuerzo por parte de la manguera (1 ).
Gracias a esta primera subestructura de guiado (13), los movimientos en horizontal (H) y vertical (V) son compensados y si colocásemos el anillo (18) de cámaras (22) y luces (23) sujeto a esta subestructura, dichos movimientos ya no les afectarían (en cuanto a mantener su posición relativa fija respecto a la manguera) puesto que las guías harán que la subestructura se mueva con los desplazamientos de la manguera.
Pero con el fin de obtener una calidad de imágenes todavía mejor, se ha considerado el movimiento aerodinámico de la cesta (4) que cambia la dirección de la manguera a su salida del carrete (2) y también se ha considerado el cambio del radio de recogida de la manguera debido al aumento de vueltas en el carrete (2) de la misma.
Para compensar los dos cambios (P) y (R) que estos movimientos pueden producir, se ha empleado (véase la figura 9), una segunda subestructura de guiado (16) también con ruedas (19) muy similar a la primera subestructura de guiado (13), que también seguirá a la manguera (1 ), pero que al estar colgada de la primera subestructura de guiado (13) (que hemos denominado fija) conferirá a unos vástagos (9) de muelle que la unen con ella, la misma orientación que la de la manguera (1 ) compensando esas desviaciones como se pretendía. El anillo (18) donde se encuentran las cámaras (22) y las luces (23), estará sujeto a los vástagos (9) de unión entre ambas subestructuras en esta implementación más completa de esta invención.
Como se ha adelantado antes, para unir la primera subestructura de guiado (13) y la segunda subestructura de guiado (16) entre sí y para permitir que la segunda subestructura de guiado (16) se mueva respecto a la primera subestructura (13), se han introducido unos elementos de fijación entre ambas. En esta forma de realización son cuatro, y los hemos denominado vástagos (9) de subestructura. Están compuestos por un elemento extensible como puede ser un muelle (37) que se fija a sendas rótulas (36) fijadas a cada subestructura (ver figura 13).
Ahora los movimientos de cabeceo (P) y guiñada (R) de la manguera son compensados con la subestructura colgante de guiado (16) y en todo momento, las cámaras (22) y luces (23) se moverán parejas a la propia manguera (1 ) compensando también esos movimientos.
Así pues, tenemos dos implementaciones potenciales de esta invención, la primera implementación con solamente la primera subestructura de guiado (13) o subestructura de guiado fija. La segunda implementación, añadiendo la segunda subestructura de guiado (16) o subestructura de guiado colgante (13), más completa que la primera al contemplar la compensación de estos dos movimientos (P y R) adicionales de la manguera.
También debemos considerar el movimiento de la manguera en el sentido longitudinal a la misma (Figura 4)(L). Para compensar ese movimiento, lo que el sistema hace es tomar fotogramas con cada cámara a muy alta velocidad, de forma que, en el lapso de tiempo en el que eso se produce, el movimiento de la manguera (1 ) sea despreciable. Estamos hablando de algunos microsegundos. Para poder obtener una imagen de calidad en ese pequeño intervalo de tiempo, necesitamos las luces (23) de alta intensidad de las que consta nuestro sistema.
Además, el sistema (ver figura 12) cuenta con un módulo de control (24), en nuestro caso formado por un microcontrolador (MCU) y unos componentes periféricos, programado para enviar un comando de encendido, por un bus de control (34) a las luces (23) y a las cámaras (22), de manera que las imágenes de la manguera (1 ) sean adquiridas en toda su longitud y que dependerán de la velocidad de esta en su recogida. Este módulo de control (24) está alimentado por un módulo de adaptación o conversión (26) de la tensión del avión (35) quedando unido el módulo de control (24) desde la unidad de adaptación o conversión (26) mediante una primera conexión (27) mientras que el conjunto de cámaras (22) y luces (23) reciben la alimentación desde la unidad de control (24) mediante una segunda conexión (28). La unidad de control (24) dispondrá además de una memoria que almacenará la información de los fotogramas adquiridos y que los enviará oportunamente al punto de descarga (25) a través de un bus de alta velocidad (29).
La manguera (1 ) es fotografiada por las cámaras (22) para obtener los fotogramas (31) (figura 5), que, con las zonas de guarda perimetrales adecuadas, permiten componerlos para cada instante de tiempo y generar un anillo (32). Estos anillos, están formados por tantos fragmentos como cámaras. En cada fragmento se eliminan las redundancias de las zonas de guarda y se unen con los fragmentos adyacentes para formar una imagen perimetral competa de la manguera (1 ) para un segmento temporal dado. En la realización mostrada, el número de cámaras y fragmentos es de cuatro. Son muestreados a suficiente velocidad como para permitir unas zonas de guarda en el eje longitudinal entre ellos. Estas zonas de guarda, de nuevo, no son sino la repetición de parte de la imagen de la manguera al final de un anillo y comienzo del siguiente y permiten asegurar la continuidad de la foto. Para realizar la composición de todos los anillos de la manguera se eliminarán estas nuevas zonas de guarda y se generará la “foto” con una calidad de muy alto nivel gracias a la arquitectura de este sistema.
Para obtener la foto, también es importante (ver figura 5) considerar que la manguera tiene pintadas sobre su superficie, líneas longitudinales (30) y que además es de varios colores como el blanco (31 ) y el negro (33). Para conseguir que estos colores tan dispares, en cuanto a la reflexión de la luz que reciben de los focos, no quemen los fotogramas ni los dejen demasiados oscuros, es importante determinar el nivel adecuado de iluminación, que gracias a este diseño permanecerá constante a lo largo de toda la operación. Así mismo, hay que evitar los reflejos y hay que obtener el efecto de micro-sombras explicado con anterioridad.
En nuestra implementación preferente, la colocación de las luces se realiza de una forma híbrida a las explicadas anteriormente. Eso gracias a que cuanto más nos aproximamos al modo 1 , más podemos levantar las luces y mejor será el ángulo obtenido, siempre por encima de los 45°. Podemos alejar un poco las luces de las cámaras en el eje de la manguera, lo que nos permitirá levantarlas un poco y cumplir el requisito del ángulo superior a 45° con más facilidad. Se puede ver la colocación preferida de cámaras y luces en la figura 11 . En dicha figura puede observarse cómo la superficie a adquirir de la manguera para la cámara superior, está iluminada por cuatro luces desde lados y ángulos opuestos. Los rayos de luz forman con la ortogonal a la superficie de la manguera, un ángulo superior a 45° en toda la zona que dicha luz pretende ¡luminar. Es importante también que no se interfieran entre sí, ya que esto podría eliminar el efecto de creación de micro-sombras que se pretende. En nuestro caso, cada cámara adquiere una superficie angular de la superficie de la manguera de unos 100°. De éstos, 10° corresponden a las zonas de guarda. 5o por cada lado, para la intersección con las cámaras contiguas. Quitando esas guardas, restan 90° que las luces iluminan de la forma siguiente, empezando de derecha a izquierda: Los primeros 90 4 los ilumina la luz o conjunto de primeras luces 23-1 . Estas primeras luces 23-1 están colocadas a la izquierda de la propia cámara 22, en una vista frontal. El segundo cuarto está iluminado por unas segundas luces 23-2. El tercer cuarto así como el último, que representan al rango desde 45° hasta los 90° del total, son iluminados de forma similar y simétrica a como se ha realizado para la primera mitad del rango total. En la figura se observan unas terceras luces 23-3 y unas cuartas luces 23-4 que realizan esta función. Entre los cuatro grupos de luces obtenemos la iluminación total de la zona correspondiente a la cámara 22 de la figura 11 , disponiéndose tantos grupos de cámaras (22) y luces asociadas como para poder captar toda la superficie perimetral de la manguera. Si además en el eje longitudinal a la manguera desplazamos el anillo de luces respecto al de cámaras, obtendremos un mejor resultado de iluminación y creación de micro-sombras como es deseado.
Ninguna de las luces ubicadas para la iluminación de la cámara (22) de la figura interfieren geométricamente con las luces que se necesitan para una cámara contigua. De esa forma, si repetimos la imagen de la figura 11 para cada una de las tres cámaras restantes (girando la posición de cámara y luces 90°, tres veces), tendríamos el conjunto total de luces y cámaras necesarias para tomar la imagen de un anillo de la manguera. El resultado de eso puede verse en la misma figura 11 , a la derecha y abajo.
En resumen, para conseguir todos los objetivos anteriores, la base de esta invención se halla en la disposición geométrica propuesta que, teniendo que ser compatible con la geometría actual de los Pods, debe permitir un seguimiento adecuado de la manguera y una iluminación y toma de imágenes que cumpla con todo lo anterior. Esto se consigue eficientemente con la solución e implementación aportadas.
El hecho de poder realizar la inspección durante la recogida de la manguera en vuelo, constituye una novedad de relevancia que reviste una serie de ventajas como ahorro de tiempo, poder evitar la rotura de la misma en el proceso de arrastre sobre el suelo durante la extensión y recogida en tierra, evitar el error humano, etc. Pero quizás, la más importante, es de nuevo la capacidad para detectar un daño en la manguera. El control hidráulico del combustible de la manguera consta al menos de dos válvulas al principio y al final de la manguera. Si mantenemos cerrada la del final donde se encuentra la cesta, por no tener ninguna conexión al avión receptor, y abrimos la válvula del principio, la presión del combustible dentro de la manguera aumenta y si existe alguna fuga podrá ser captada por alguna de las imágenes tomadas, en el procedimiento de análisis de la “foto”. Todo esto sin menoscabo de la detección de daños señalada anteriormente.
En tierra esta parte del procedimiento es inviable, por seguridad. En este sentido, puede ser interesante tener una vista en tiempo real de las cámaras (22) en cabina para una detección de fugas en la manguera (1).
La figura 14 nos muestra un corte transversal al eje de la manguera (1 ) que recoge los elementos que forman parte de una subestructura de guiado, como el volumen toroidal (18) con cámaras (22) y luces (23) y los muelles (8) encargados de ajustar las ruedas (19) y los patines (15) de ajuste a la manguera (1 ). En la figura 15 se observa de qué manera, dichos patines y ruedas (19) pueden separarse en el caso de que aparezca una protuberancia alrededor de la manguera como es el caso de un casquillo (38) que abrace la manguera (1 ), aumentando de forma significativa su radio exterior.
La figura 15 izquierda, muestra un alzado de un corte longitudinal de la manguera (1 ) donde se aprecian las ruedas (19), y los patines junto con el casquillo (38) o abultamiento de la manguera. Como puede apreciarse, la rueda por sí misma, no sería capaz de sobrepasar al casquillo, ya que su radio es del mismo orden que la altura que este casquillo (38) le presenta como obstáculo. Sin embargo, gracias al patín, el casquillo (38) pasará sin problema. El patín actúa como rueda de radio mayor sin el problema de ocupar en altura el espacio que una rueda de tales dimensiones necesitaría en caso de estar completa.
PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN
El procedimiento de captura de imágenes e inspección, para el sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras con inclinación y movimientos transversales, verticales y horizontales, de cabeceo y guiñada y longitudinales anteriormente descritos, que compensa dichos movimientos con el fin de obtener una foto de muy alta calidad, comprende las etapas que se describen a continuación.
Para el caso de esta implementación preferente en la que tenemos cuatro zonas de iluminación, una para cada cámara, podemos agruparlas en dos conjuntos: Un primer conjunto formado por las cámaras superior e inferior.
Y otro conjunto el correspondiente a las cámaras izquierda y derecha.
Así pues, cada muestreo de la superficie de la manguera lo dividimos en dos fases, una para cada conjunto de los establecidos. La primera cámara (22) del primer conjunto, la superior, tiene un ángulo de superficie de manguera, respecto al centro de ésta, de 100°, que es iluminado por cuatro grupos de luces (23-1 , 2, 3, y 4) según aparece en la figura 11 . Para completar el conjunto, esta parte del anillo se suma a la otra simétrica que corresponde a la cámara (22) inferior, de otros 100°, que sería iluminada por otros cuatro grupos de luces simétricas a las correspondientes a la cámara de arriba. Ambas zonas iluminadas, no tienen ninguna parte común sobre la superficie de la manguera y pueden ser iluminadas al mismo tiempo sin interferirse entre sí. Así formamos el primer conjunto al agrupar estas zonas de iluminación de la cámara superior y a la inferior. Análogamente, formamos el segundo conjunto con las luces correspondientes a las cámaras izquierda y derecha.
El procedimiento es el siguiente:
- Despliegue completo de la manguera en vuelo.
- Comienzo de la operación de recogida de la manguera en vuelo.
- Al mismo tiempo que comienza la recogida de manguera, arrancamos el disparo de las luces del primer conjunto sincronizado con la captura de fotogramas por cada cámara del conjunto. Este proceso de captura se va a repetir para cada conjunto.
- Repetimos el paso anterior para cada sección de la manguera, o anillo de manguera con una frecuencia de f.p.s.
- Cuando la manguera haya terminado de recogerse, la controladora lo indica y termina tanto el encendido de luces como la adquisición por parte de las cámaras.
- El sistema se detiene a la espera de la orden de descarga de los datos de la memoria para su posterior procesado y composición de la foto.
Denominación de los elementos de las figuras:
1. Manguera
2. Carrete
3. Pod
4. Cesta
5. Brazo de inclinación previa
6. Cilindro de deslizamiento por barra horizontal
7. Barra de deslizamiento horizontal
8. Muelle de patín
9. Vástago de unión de subestructuras
10. Estructura de soporte y agarre al Pod
11. Cilindro de deslizamiento vertical
12. Orejetas de enganche del sistema al Pod
13. Subestructura de guiado fijada a la estructura
14. Barra de deslizamiento vertical
15. Patín de ajuste a manguera de la subestructura fijada a la estructura
16. Subestructura colgante de guiado 17. Patín de ajuste a manguera de la subestructura colgante
18. Caja o volumen toroidal con cámaras y luces
19. Rueda de patín
20. Eje de ruedas de patín
21 . Enganche de muelle
22. Cámara
23. Luz
24. Unidad de Control
25. Sistema de cabina del avión
26. Alimentación
27. Línea de alimentación a la unidad de control
28. Línea de alimentación a Cámaras y luces
29. Bus de comunicaciones con el avión
30. Franja longitudinal de la manguera
31 . Imagen de una cámara
32. Anillo de imagen
33. Zona de color de la manguera
34. Línea de control de cámaras y luces
35. Alimentación desde el avión
36. Rótula
37. Muelle de vástago
38. Casquillo (abultamiento de la manguera)
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo caracterizado porque comprende:
- Una estructura mecánica fijable a una carcasa o cápsula o Pod que comprende:
- Unos elementos estructurales de fijación (10) provistos en sus extremos con una orejetas (12) fijables al Pod.
- Unas barras de deslizamiento tanto horizontales (7) como verticales (14), donde las barras de deslizamiento horizontales (7) unen los extremos superiores e inferiores de los elementos estructurales de fijación (10), mientras que las barras de deslizamiento verticales (14) están montadas sobre la barras de deslizamiento horizontal.
- Una primera subestructura de guiado (13) que rodea a la manguera, y que denominaremos fija, y que se mueve con la manguera al deslizarse por las barras de deslizamiento tanto horizontales (7) como verticales (14) y que se compone de:
• Una estructura de soporte para todos los elementos que la componen.
• Unas ruedas (19) de muy baja fricción que rodarán sobre la superficie de la manguera y permitirán que ésta empuje y desplace a nuestro sistema.
• Unos ejes (20) o barras de sujeción de esas ruedas (19), que permitirán su giro.
- Un volumen toroidal, con cámaras (22) y luces (23) fijado a esta subestructura (13).
- Un sub sistema de control con una memoria de gran capacidad, con cámaras y luces, que determina cuándo se encienden y apagan cada una de las luces y cuándo cada cámara comienza y termina su tiempo de exposición, junto con el conexionado al avión para recibir órdenes y poder descargar las imágenes, así como una alimentación y el cableado correspondiente de interconexión entre todas sus partes electrónicas. Donde los elementos anteriores permiten cambiar la posición de las cámaras y las luces interactivamente de manera que adoptan una posición relativa constante con relación a la manguera (1) a medida que ésta se mueve.
2.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dos pares de piezas estructurales o inclinadores (5) que están montados sobre los elementos estructurales de fijación (10) y que compensan un ángulo inicial que la manguera forma con respecto al eje del Pod,
3.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la primera subestructura de guiado consta además de:
• Unos patines (15) de movimiento tangencial que facilitan el paso de la manguera o de cualquier protuberancia que ésta pueda contener, como un casquillo de mayor diámetro.
4.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 1 ó 2 ó 3, caracterizado porque las ruedas (19) de la primera subestructura de guiado (13) y/o los patines (15) de la misma, cuentan con un conjunto de muelles (8) que las sujetan a la subestructura y que amortiguan los golpes o “empujones” de la manguera.
5.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende adicionalmente una segunda subestructura de guiado (16) que rodea la manguera, unida de manera flotante respecto de la primera subestructura de guiado (13) que se mueve con la manguera y que se compone al igual que la primera subestructura de guiado de:
• Una sub estructura de soporte para todos los elementos que la componen.
• Unas ruedas de deslizamiento de muy baja fricción que rodarán sobre la superficie de la manguera y permitirán que ésta empuje y desplace a nuestro sistema.
• Uno ejes o barras de sujeción de esas ruedas, que permitirán su giro.
Donde la primera subestructura de guiado (13) y la segunda subestructura de guiado (16) están unidas entre sí mediante elementos de fijación o vástagos (9) de subestructura que están compuestos por un elemento extensible como puede ser un muelle (37) que se fija a sendas rótulas (36) fijadas a cada subestructura, y donde además la caja o volumen toroidal (18) con las luces (23) y las cámaras (22) está unido a dichos vástagos (9).
6.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la primera subestructura de guiado y/o la segunda subestructura de guiado constan además de:
• Unos patines (17) de movimiento tangencial que facilitan el paso de la manguera o de cualquier protuberancia que ésta pueda contener, como es un casquillo de mayor diámetro.
7 - Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque las ruedas (19) de la segunda subestructura de guiado (16) y/o los patines (17) de la misma (16) cuentan con un conjunto de muelles (8) que los sujetan a la subestructura y que amortiguan los golpes o “empujones” de la manguera.
8.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera subestructura de guiado en las barras de deslizamiento (7) y (14) comprende unos cilindros de baja fricción (6) y (11 ) que se deslizan por dichas barras, permitiendo un movimiento del sistema por el propio empuje debido al movimiento la manguera, con poco esfuerzo por parte de ésta.
9.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque además algunas de las luces (23) empleadas para ¡luminar la superficie de la manguera (1 ) están polarizadas.
10.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque además algunas de las lentes de las cámaras (22) empleadas para ¡luminar la superficie de la manguera (1) están polarizadas.
11.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las luces (23) empleadas son de varias longitudes de onda y que se disponen con diferentes ángulos para ¡luminar la superficie de la manguera (1).
12.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las cámaras (22) tienen distintos filtros en los diferentes píxeles de su sensor de imagen con el fin de poder “ver” ciertas longitudes de onda y no otras.
13.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dispone de una redundancia en el número de cámaras (22), con el fin de que en caso de fallo en alguna cualquiera de ellas, las demás puedan recomponer la superficie completa de la manguera (1 ).
14.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque bien las cámaras bien la unidad de procesamiento, tienen incluida la capacidad para comprimir las imágenes procedentes de las cámaras con el fin de reducir la cantidad de información necesaria para recomponer la “foto” de la superficie de la manguera (1).
15.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un programa que compone la “foto” de la superficie de la manguera (1 ), a partir de las imágenes captadas por as diferentes cámaras (22).
16.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un programa que analiza la “foto” de la superficie de la manguera (1) y detecta los puntos críticos de daños y roturas que pueden existir sobre la misma.
17.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque además dispone de unos elementos de almacenamiento de energía como pueden ser unos supercondensadores, para extraer de ellos la energía necesaria para encender las luces (23) y no tener que cargar al avión con un pico de consumo en el momento de su encendido.
18.- Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la zona a ¡luminar está distribuida de manera que en la zona correspondiente a cada cámara, aparte de las zonas de guarda, los primeros 90 4 los ilumina la luz o conjunto de primeras luces 23-1 , colocadas junto a la propia cámara 22, en una vista frontal; un segundo cuarto está iluminado por unas segundas luces 23-2, que el tercer 23- 3 y cuarto 23-4 cuartos son simétricos a los dos primeros y así mismo lo son las luces que los iluminan y que dichas luces (23) no interfieren geométricamente con las luces que se necesitan para ¡luminar las zonas correspondientes a las cámaras adyacentes, reproduciendo dicha distribución con tres cámaras más y sus correspondientes luces hasta cubrir el perímetro transversal de la manguera.
19.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo que emplea el sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
- Comienzo de la operación de recogida o despliegue de la manguera (1 ) en vuelo.
- Al mismo tiempo que comienza la recogida o despliegue de manguera (1 ), se arranca el disparo de las luces (23) que iluminan la zonas que no tienen intersecciones comunes de la superficie de la manguera (1 ) y que por tanto, no interfieren entre sí. Esta agrupación puede ser por cámaras (22) independientes o por conjuntos de cámaras (22).
- Para la cámara (22) o conjunto de cámaras correspondiente a la zona iluminada realizamos una adquisición de imagen durante el tiempo de adquisición te correspondiente, calculado para que el movimiento de la manguera no cree imágenes borrosas (según se ha explicado en un apartado anterior). - Se almacenan las imágenes obtenidas en la memoria del sistema.
- Este proceso de captura se repite para cada cámara (22) o conjunto de cámaras hasta completar cada sección de la manguera (1), que denominamos anillo de manguera y que es un cilindro que refleja la imagen externa de un tramo de manguera en todo su alrededor.
- Se repite el paso anterior para cada sección de la manguera (1), o anillo de manguera con una frecuencia de f.p.s. hasta completar todos los anillos de la manguera en toda su longitud.
- Cuando la manguera (1) haya terminado del proceso indicado en el paso segundo, la controladora lo indica y termina tanto el encendido de luces (23) como la adquisición por parte de las cámaras (22).
- El sistema se detiene a la espera de la orden de descarga de los datos de la memoria para su posterior procesado y composición de la foto.
20.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 19 caracterizado por emplear además unas luces (23) y/o unas cámaras (22) polarizadas para que las imágenes obtenidas estén libres de ciertos reflejos y brillos.
21.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 19 ó 20 caracterizado porque emplea además unos filtros multiespectrales en los sensores de las cámaras (22) que filtran la luz con ciertas polarizaciones y permiten ver la de otras.
22.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según la reivindicación 19 ó 20 ó 21, caracterizado porque emplea además unas luces de colores (23) que iluminan con ángulos diferentes la zona de captación de cada cámara (22) correspondiente.
23.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22 (ambas incluidas), caracterizado porque compone la “foto” de la superficie de la manguera (1), a partir de las imágenes captadas por las diferentes cámaras (22).
24.- Procedimiento de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado porque comprende un programa que analiza la “foto” de la superficie de la manguera (1) y detecta los puntos críticos de daños y roturas que pueden existir sobre la misma.
PCT/ES2020/070015 2020-01-11 2020-01-13 Sistema de posicionamiento de cámaras y luces para inspección de mangueras empleadas en el repostaje aéreo y procedimiento de inspección WO2021140259A1 (es)

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